CN110884257B - 液体喷射头和液体喷射头的制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供液体喷射头和液体喷射头的制造方法。该液体喷射头包括：基板，所述基板包括喷射口阵列，在所述喷射口阵列中排列有多个喷射口，每个喷射口均能够喷射液体；以及供给口，所述供给口与所述喷射口连通并通向与所述基板的正面相反的所述基板的背面，所述喷射口位于所述基板的正面上。所述供给口沿着所述喷射口阵列布置，所述供给口的行方向上的至少一个端部在与所述喷射口阵列的行方向相交的宽度方向上的开口宽度小于所述供给口的行方向上的中央部分在所述宽度方向上的开口宽度。

Description

液体喷射头和液体喷射头的制造方法

技术领域

本发明涉及一种包括喷射口的液体喷射头以及该液体喷射头的制造方法，所述喷射口喷射从供给口供给的液体。

背景技术

在用于液体喷射头的基板中形成有喷射液体的喷射口以及供给口，该供给口是用于向喷射口供给液体的通孔。其中形成有供给口的部分是硅基板。近年来，存在减小基板尺寸以降低设备成本的需求。

日本专利特开No.H10-181032公开了一种喷墨打印头的制造方法，该方法通过使用牺牲层能够形成供墨口，该供墨口是具有规定尺寸的通孔，所述牺牲层可以被选择性地蚀刻在基板材料上，以防止供墨口的开口直径发生变化。

发明内容

根据本发明的液体喷射头包括：基板，所述基板包括喷射口阵列，在所述喷射口阵列中排列有多个喷射口，每个喷射口均能够喷射液体；以及供给口，所述供给口与所述喷射口连通并通向与所述基板的正面相反的所述基板的背面，所述喷射口位于所述基板的正面上。所述供给口沿着所述喷射口阵列布置，所述供给口的行方向上的至少一个端部的在与所述喷射口阵列的行方向相交的宽度方向上的开口宽度小于所述供给口的行方向上的中央部分的在所述宽度方向上的开口宽度。

通过下文参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。

附图说明

图1是液体喷射头的透视图；

图2是打印元件基板的透视图；

图3A是打印元件基板的剖视图；

图3B是打印元件基板的剖视图；

图4A是示出了打印元件基板的正面的示图；

图4B是示出了打印元件基板的背面的示图；

图5是示出了打印元件基板的制造过程的示图；

图6A是液体喷射头的示意性透视图；

图6B是液体喷射头的示意性透视图；

图7是示出了打印元件基板的背面的示图；

图8是示出了打印元件基板的背面的示图；以及

图9是示出了打印元件基板的背面的示图。

具体实施方式

在减小基板尺寸的情况下，硅基板中的供给口周围的壁的厚度减小，导致硅基板的刚性低。例如，硅基板接合到由树脂制成的支撑构件。当硅基板和支撑构件接合时所产生的应力有时会在供给口的开口端处的拐角部分处导致裂纹。在出现裂纹的情况下，可能不会进行期望的喷射。

为了解决这个问题，本发明提供了一种防止基板中出现裂纹、可靠性高的液体喷射头以及该液体喷射头的制造方法。

(第一实施例)

下面将参考附图描述本发明的第一实施例。

图1是能够应用本实施例的液体喷射头1的透视图。液体喷射头 1包括打印元件基板2、电气布线板3和支撑构件4。打印元件基板2 由支撑构件4支撑，并连接到电气布线板3。

图2是打印元件基板2的透视图。打印元件基板2包括硅基板11 和喷射口构件16。喷射口构件16具有能够喷射液体的多个喷射口19 以及与各喷射口相关联的流路。喷射口19成行地布置。硅基板11由硅形成，并且硅基板11具有供给口18，所述供给口是通向与正面相反的背面的通孔，打印元件基板2的喷射口19设置在正面上。通过蚀刻形成的供给口18与喷射口构件16的流路连通。硅基板11具有能量产生元件12，所述能量产生元件形成为与喷射口构件16的流路相关联。能量产生元件12位于面向各喷射口19的位置。能量产生元件12成行地设置，并且有两行分别位于供给口18的两侧。供给口18是通过蚀刻由单晶硅制成的平面方向为[100]的硅基板11而形成的通孔。

打印元件基板2具有喷射口表面101、与喷射口表面101相反的背面102、以及在喷射口表面101的边上的四个侧表面21a和21b。侧表面21a是打印元件基板2的短边上的侧表面，而侧表面21b是打印元件基板2的长边上的侧表面。沿着硅基板11和喷射口构件16之间的接合表面的至少一条边(在本实施例中为两条边)，形成有与稍后描述的引线端子24电连接的连接端子20，用于接收驱动信号和驱动电力。输入到连接端子20的驱动信号驱动能量产生元件12。液体喷射头1通过将由能量产生元件12产生的压力施加到经由供给口18引入流路的墨(液体)上，从而通过喷射口19喷射液滴，并使液滴附着到打印介质上，来进行打印。

图3A是沿图2中的线V(b-2)(e-2)- V(b-2)(e-2)截取的打印元件基板2的剖视图；图3B是沿图2中的线V(b-1)(e-1)- V(b-1)(e-1)截取的打印元件基板2的剖视图。设置在打印元件基板2中的供给口18在打印元件基板2的背面102的中央部分处(在宽度方向上，宽度方向是与喷射口阵列的行方向相交的方向)具有较大的开口宽度(如图3A所示)，而在供给口18 的两端部处具有较小的开口宽度(如图3B所示)。换句话说，在打印元件基板2的背面102上，供给口18两侧的壁在端部比在中央部分厚。注意，供给口18的至少一个端部的宽度比中央部分小的构造也是可能的。

图4A是示出了硅基板11的正面的示图，其示出了供给口18的开口在硅基板11的纵向长度上(在喷射口阵列的行方向上，这里在图中的上下方向上)具有均匀的开口宽度。均匀的开口宽度意味着排除由制造误差引起的差异，开口宽度是相同的。具体而言，在基准开口宽度为X的情况下，在大于等于X的95％且小于等于X的105％的范围内的开口宽度被认为是相对于基准开口宽度的均匀开口宽度。图4B是示出了硅基板11的背面的示图，其示出了供给口18的开口在硅基板11的纵向方向上的中央部分处具有较大的开口宽度，而在纵向方向上的两个端部处具有较小的开口宽度。如上所述，供给口18在硅基板11的正面和背面上具有不同的开口形状。

这里，在形成在硅基板11中的供给口18的纵向方向上的中央部分处，供给口18的在与纵向方向相交的方向上的宽度尺寸由X1表示。形成在喷射口阵列的端部的周边中并且比供给口18的纵向方向上的中央部分窄的开口的宽度尺寸由X2表示。这里，满足X2≤X1×1/2的X1 和X2之间的关系防止在开口端的拐角部分处产生裂纹，而不会降低喷射精度。

另外，在硅基板11中形成的供给口18在纵向方向上的尺寸由Y1 表示。形成在喷射口阵列的端部的周边中并且比供给口18的纵向方向上的中央部分窄的开口在纵向方向上的尺寸由Y2表示。这里，满足 Y2≤Y1×1/10的Y1和Y2之间的关系防止在开口端的拐角部分处产生裂纹，而不会降低喷射精度。例如，Y2的尺寸应优选为小于或等于 0.5mm。

图5是示出了打印元件基板2的制造过程的示图。下面将按照处理顺序描述打印元件基板2的制造方法。首先，如图5的(a)部分所示，制备硅基板11，其中基材的主平面为[100]，在正面(具有能量产生元件12的表面)上预先形成膜13，并通过构图去除膜13的不必要部分。注意，膜13的材料不限于任何具体材料，只要可以在该材料上进行构图即可。

图5的(b-1)至(e-1)部分是对应于图2中的V(b-1)(e-1)- V(b-1)(e-1)的位置的剖视图；图5的(b-2)至(e-2)部分是对应于图2中的V(b-2)(e-2)- V(b-2)(e-2)的位置的剖视图。接下来，通过旋涂、直接涂覆、喷涂或其它方法将树脂施加到图5的(a)部分中所示的硅基板11的正面，并且形成具有期望图案的保护层14，该保护层用作正面上的接触层。注意，作为构图方法，可以通过施加抗蚀剂，然后通过曝光和显影形成抗蚀剂图案，并使用抗蚀剂作为掩模来蚀刻保护层14，从而形成图案，或者，可以使用感光材料进行直接构图。

在硅基板11的背面上，保护层14被构图而为开口宽度形成蚀刻图案，该开口宽度在喷射口阵列的端部的周边比在中央部分处小。作为形成蚀刻图案的方法，可以通过激光照射或钻孔而不是使用保护层 14，在背面上直接形成具有不同宽度的开口的蚀刻图案。接着，在硅基板11中形成先导孔17。作为形成先导孔17的方法，可以使用激光照射、钻孔或其它方法。可以从硅基板11的正面或从背面执行该处理。先导孔17可以是通孔或非通孔。为了防止损坏正面上的膜13和保护层14，可以在用环化橡胶、胶带等保护正面之后执行形成先导孔17 的处理。

之后，如图5的(c-1)部分和(c-2)部分所示，蚀刻硅基板11以在硅基板11中形成具有开口的通孔，该开口在喷射口阵列的端部的周边比在中央部分窄。硅基板11的蚀刻可以是使用具有期望碱度的液体的湿蚀刻，或者可以是使用具有期望比率的气体的干蚀刻。注意，可以在用环化橡胶、胶带等保护硅基板11的正面的情况下进行蚀刻处理。

接下来，如图5的(d-1)部分和(d-2)部分所示，形成由感光性树脂构成的树脂层15。作为该处理的方法，在将孔填充材料放入供给口 18中之后，可以通过旋涂、直接涂覆、喷涂或其它方法来施加感光树脂，或者，可以将树脂层15形成为膜，然后可将该膜附着到硅基板 11上。之后，通过曝光和显影在树脂层15中形成期望的流路图案。

之后，如图5的(e-1)部分和(e-2)部分所示，通过旋涂、直接涂覆、喷涂或其它方法将会形成喷射口构件16的涂料树脂施加到树脂层 15上。之后，通过曝光和显影移除与喷射口19相对应的部分，以形成具有喷射口19的喷射口构件16。接着，通过干蚀刻移除形成在背面上的保护层14。此外，在使用孔填充材料的情况下，在将其移除之后，将具有树脂层15和喷射口构件16的硅基板11浸渍在能够溶解树脂层15的溶剂中，以从硅基板11移除树脂层15。通过该处理，可以获得包括喷射口19、供给口18以及连接喷射口19和供给口18的流路(供给路径)的硅基板11。然后，通过激光分拣器、切割分拣器等切割并分割该硅基板11，以获得打印元件基板2。

图6A、6B是本实施例的液体喷射头1的示意性透视图。图6A是液体喷射头1的分解透视图；图6B是液体喷射头1的透视图。支撑构件4具有凹部，在该凹部中设置有与打印元件基板2的供给口相关联的流路26。设置电气布线板3是为了将电信号施加到支撑构件4的形成有凹部的表面，以向打印元件基板2供墨。电气布线板3具有打印元件基板2放置于其中的器件孔23，并且在器件孔23的两侧形成有与打印元件基板2的连接端子20相关联的引线端子24。引线端子24 与沿喷射口表面101的两条边形成的连接端子20一起形成电连接部 (未示出)。电气布线板3具有用于从喷墨打印设备接收驱动信号和驱动电力的外部信号输入端子25。

作为形成方法，支撑构件4可以由树脂材料或氧化铝材料形成，或者可以通过烧结粉末材料形成。注意，在模制树脂材料的情况下，可以使用包含由玻璃或其它材料构成的填充物的树脂材料来提高形状的刚性。构成支撑构件4的材料可以是诸如改性PPE(聚苯醚)的树脂材料、以Al₂O₃为代表的陶瓷材料或任何其它宽范围的材料。该支撑构件4具有用于供给打印液体的打印液体供给路径。在使用两种或更多种打印液体的情况下，优选地形成分隔壁以防止每种打印液体彼此混合。

接下来，沿着流动路径26的开口的周边将粘合剂27施加到支撑构件4的凹部，并将打印元件基板2粘合到支撑构件4。作为施加方法，可以用转印针转印粘合剂27，或者可以用分配器通过描绘来施加粘合剂27。通过该处理，支撑构件4的流路26和打印元件基板2的供给口18连接。当打印元件基板2被粘合到支撑构件4时，在施加粘合剂27之后，应当优选地用打印元件基板2的背面102挤压粘合剂 27。之后，利用粘合剂(未示出)将电气布线板3粘合到支撑构件4的主表面。用于这些粘合处理的粘合剂应该优选地为具有良好耐墨性的粘合剂，因此，例如可使用含有环氧树脂作为主要组分的热固性粘合剂。

接下来，利用密封材料28密封打印元件基板2的侧表面21a与凹部的壁之间的空间。之后，用密封材料28密封电连接部。接下来，密封打印元件基板2的连接端子20与电气布线板3的引线端子24之间的电连接部(引线端子24的上部)，并且加热和固化密封材料28。

如上所述，在打印元件基板2的供给口18中，在纵向方向上的两端部处设有开口，其开口宽度小于纵向方向上的中央部分的开口宽度。该构造使得可以提供一种抑制成品率降低的液体喷射头及该液体喷射头的制造方法。

(第二实施例)

下面将参考附图描述本发明的第二实施例。注意，本实施例的基本构造与第一实施例的基本构造相同，因此在下文中，将仅描述特有构造。

图7是示出了本实施例的打印元件基板30的背面的示图。供给口 18在打印元件基板30的背面上的开口具有这样的形状，其中，开口宽度在纵向方向上的两个端部处较小，在这两个端部之间(在除了两个端部之外的部分)交替地布置有具有大开口宽度的部分和具有小开口宽度的部分。供给口18的开口的这种形状使得可以防止在开口端的拐角部分处出现打印元件基板2的裂纹，而不会降低喷射精度。注意，供给口18在除了两个端部之外的部分处可以在宽度方向上具有多个不同的开口宽度。

(第三实施例)

下面将参考附图描述本发明的第三实施例。注意，本实施例的基本构造与第一实施例的基本构造相同，因此在下文中，将仅描述特有构造。

图8是示出了本实施例的打印元件基板40的背面的示图。供给口 18在打印元件基板40的背面上的开口在纵向方向上的两端部处具有多个不同的开口宽度，并且两端处的开口宽度最小。本实施例在纵向方向上的两个端部处具有两个不同的开口宽度。更具体而言，供给口 18在纵向方向上的两端具有开口宽度最小的开口，开口宽度第二小的开口邻接开口宽度最小的开口，进一步地，开口宽度最大的开口邻接开口宽度第二小的开口。供给口18的开口的这种形状使得可以防止在开口端的拐角部分处出现打印元件基板2的裂纹，而不会降低喷射精度。

(第四实施例)

下面将参考附图描述本发明的第四实施例。注意，本实施例的基本构造与第一实施例的基本构造相同，因此在下文中，将仅描述特有构造。

图9是示出了本实施例的打印元件基板50的背面的示图。打印元件基板50的供给口18的开口在正面和背面上具有相同的开口形状。更具体而言，供给口18的正面上的开口也具有开口宽度在纵向方向上的两个端部处较小的形状。供给口18的开口的这种形状使得可以防止在开口端的拐角部分处出现打印元件基板2的裂纹，而不会降低喷射精度。注意，即使两个开口形状之间存在差异，如果差异仅由制造误差引起，则这些开口形状依然被认为是相同的开口形状。

尽管已经参考示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。对下列权利要求的范围应作最广义的解释，从而涵盖所有变型以及等同的结构和功能。

Claims (12)

1.一种液体喷射头，包括：

基板，所述基板包括喷射口阵列，在所述喷射口阵列中排列有多个喷射口，每个喷射口均能够喷射液体；以及供给口，所述供给口与所述喷射口连通并通向与所述基板的正面相反的所述基板的背面，所述喷射口位于所述基板的正面上，其中

所述供给口沿着所述喷射口阵列布置，并且

所述供给口的行方向上的至少一个端部的在与所述喷射口阵列的行方向相交的宽度方向上的开口宽度小于所述供给口的行方向上的中央部分的在所述宽度方向上的开口宽度，

其中基板通过将形成有所述喷射口的第一构件与形成有所述供给口的第二构件接合而形成,所述供给口在所述第二构件的与所述第一构件接合的接合表面上以及在所述第二构件的与所述接合表面相反的表面上具有不同的开口形状，位于所述接合表面上的所述供给口在所述供给口的行方向上的长度上具有均匀的开口宽度。

2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中

X2≤X1×1/2成立，

其中X1表示所述供给口的中央部分在所述宽度方向上的开口宽度，X2表示所述供给口的端部在所述宽度方向上的开口宽度。

3.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中

Y2≤Y1×1/10成立，

其中Y1表示所述供给口在行方向上的长度，而Y2表示所述端部的在所述宽度方向上的开口宽度较小的一部分在行方向上的长度。

4.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中

位于所述接合表面上的所述供给口的开口宽度小于位于与所述接合表面相反的表面上的所述供给口在行方向上的至少一个端部的开口宽度。

5.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中

所述供给口在所述第二构件的与所述第一构件接合的接合表面上以及在所述第二构件的与所述接合表面相反的表面上具有相同的开口形状。

6.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中

所述基板被粘合地附接到支撑所述基板的支撑构件。

7.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中

所述第二构件由硅形成。

8.根据权利要求6所述的液体喷射头，其中

所述支撑构件由树脂形成。

9.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中

位于与所述接合表面相反的表面上的所述供给口的中央部分在所述宽度方向上具有多个不同的开口宽度。

10.根据权利要求9所述的液体喷射头，其中

位于与所述接合表面相反的表面上的所述供给口在所述供给口的行方向上的每个端部处包括具有第一开口宽度的开口，并且

在位于与所述接合表面相反的表面上的所述供给口的中央部分处，交替地布置具有大于所述第一开口宽度的第二开口宽度的开口以及具有所述第一开口宽度的开口。

11.根据权利要求9所述的液体喷射头，其中

位于与所述接合表面相反的表面上的所述供给口具有：在所述供给口的行方向上的每个端部处的具有第一开口宽度的开口、在中央部分的行方向上的每个端部处的具有大于第一开口宽度的第二开口宽度的开口、以及在除中央部分的每个端部之外的中央部分处的具有大于第二开口宽度的第三开口宽度的开口。

12.一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括：基板，所述基板包括喷射口阵列，在所述喷射口阵列中排列有多个喷射口，每个喷射口均能够喷射液体；以及供给口，所述供给口与所述喷射口连通并通向与所述基板的正面相反的所述基板的背面，所述喷射口位于所述基板的正面上，所述方法包括：

形成所述供给口，所述供给口沿着所述喷射口阵列布置，所述供给口的行方向上的至少一个端部的在与所述喷射口阵列的行方向相交的宽度方向上的开口宽度小于所述供给口的行方向上的中央部分的在所述宽度方向上的开口宽度，

其中通过将形成有所述喷射口的第一构件与形成有所述供给口的第二构件接合来形成基板,

所述供给口在所述第二构件的与所述第一构件接合的接合表面上以及在所述第二构件的与所述接合表面相反的表面上具有不同的开口形状，

位于所述接合表面上的所述供给口在所述供给口的行方向上的长度上具有均匀的开口宽度。

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