JP2010030132A - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関し、例えばインクジェット方式のプリンタに適用して、液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減する。
【解決手段】本発明は、液室３４の壁面及びノズル３６の壁面の断面形状を連続する直線形状とすることにより、又は液室３４の壁面とノズル３６の壁面とをそれぞれオリフィスに向かって液室３４及びノズル３６の幅が小さくなる直線形状とすると共に、液室３４及びノズル３６の接続部では、ノズル３６側が幅広になるように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関し、例えばインクジェット方式のプリンタに適用することができる。本発明は、液室の壁面及びノズルの壁面の断面形状を連続する直線形状とすることにより、又は液室の壁面とノズルの壁面とをそれぞれオリフィスに向かって液室及びノズルの幅が小さくなる直線形状とすると共に、液室及びノズルの接続部では、ノズル側が幅広になるように設定することにより、液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減する。

従来、インクジェット方式のプリンタヘッドは、駆動素子によりインク液室の圧力を可変し、インク液室に保持したインクをノズルから吐出させており、この駆動素子に圧電素子、発熱素子等が使用されている。

ここで駆動素子に発熱素子を使用したプリンタヘッドは、発熱素子の駆動回路、発熱素子等が順次半導体基板上に作成された後、例えば感光性エポキシ樹脂を用いたフォトリソグラフィーによりインク液室の隔壁、インク流路の隔壁が半導体基板上に作成される。このプリンタヘッドは、その後、ノズルを作成したシート状の部材であるノズルシートが半導体基板に配置される。なおプリンタヘッドは、これらインク液室、インク流路、ノズル等を一体に作成する方法も提案されている。

この種のプリンタヘッドに関して、例えば特開平５−７７４３７号公報には、インクの目詰まりを防止する工夫が提案されている。
特開平５−７７４３７号公報

ところでプリンタでは、インク液室に進入した気泡、ゴミ等がインク液室に滞留し、その結果、印画不良が発生する問題がある。特に近年、プリンタは、高画質化、高解像度化によりノズル径が小さくなっており、その結果、印画不良が発生し易くなっている。

この問題を解決する１つの方法として、例えば特開平５−７７４３７号公報に開示の手法等を適用して定期的に印画不良を防止する方法が考えられる。しかしながらこの場合、印画不良を防止する処理を頻繁に実行することが必要になる。また完全には印画不良を防止できない欠点もある。また１枚の印刷を実行している途中では、この種の処理を実行できない場合もあり、これらにより結局、実用上未だ不十分な問題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減することができる液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提案しようとするものである。

上記の課題を解決するため請求項１の発明は、液体を保持する液室と、前記液室に前記液体を導く流路と、前記液室の圧力を可変して、前記液室に保持した液体の液滴をノズルから吐出させる駆動素子とを有し、前記ノズルの中心から前記流路とは逆側の部位において、前記ノズルの中心軸を含む平面により断面を取って見た場合に、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とが連続する直線形状に設定される。

また請求項６の発明は、液体を保持する液室と、前記液室に前記液体を導く流路と、前記液室の圧力を可変して、前記液室に保持した液体の液滴をノズルから吐出させる駆動素子とを有し、前記ノズルの中心から前記流路とは逆側の部位において、前記ノズルの中心軸を含む平面により断面を取って見た場合に、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とをそれぞれ前記ノズルの先端に向かって前記液室及び前記ノズルの幅が小さくなる直線形状とすると共に、前記液室及び前記ノズルの接続部では、ノズル側が幅広になるように設定する。

また請求項１０の発明は、所望の液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを有し、前記液滴吐出ヘッドが、前記液滴の液体を保持する液室と、前記液室に前記液体を導く流路と、前記液室の圧力を可変して、前記液滴をノズルから吐出させる駆動素子とを有し、前記ノズルの中心から前記流路とは逆側の部位において、前記ノズルの中心軸を含む平面により断面を取って見た場合に、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とが連続する直線形状に設定される。

また請求項１１の発明は、所望の液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを有し、前記液滴吐出ヘッドが、前記液滴の液体を保持する液室と、前記液室に前記液体を導く流路と、前記液室の圧力を可変して、前記液滴をノズルから吐出させる駆動素子とを有し、前記ノズルの中心から前記流路とは逆側の部位において、前記ノズルの中心軸を含む平面により断面を取って見た場合に、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とをそれぞれ前記ノズルの先端に向かって前記液室及び前記ノズルの幅が小さくなる直線形状とすると共に、前記液室及び前記ノズルの接続部では、ノズル側が幅広になるように設定する。

請求項１、又は請求項１０の構成によれば、液室に進入した気泡、ゴミ等を液室に滞留し難くして、これら気泡、ゴミをノズルから容易に排出することができる。これにより液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減することができる。

また請求項６、又は請求項１１の構成によれば、接続部において幅広とする大きさの選定により、インク液室の隔壁の部材に対してノズル側の部材が位置ずれした場合でも、インクの流れを遮る凸部の発生を防止することができる。これにより液室に進入した気泡、ゴミ等を液室に滞留し難くして、これら気泡、ゴミをノズルから容易に排出することができ、液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減することができる。

本発明によれば、液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減することができる。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施例を詳述する。

（１）実施例の構成
（１−１）全体構成
図２は、本発明の実施例１のプリンタを示す斜視図である。このプリンタ１は、ラインプリンタであり、各部が長方形状の筐体２に収納される。プリンタ１は、筐体２の正面に形成されたトレイ出入口に用紙トレイ３が装着される。

プリンタ１は、所定の機構によりこの用紙トレイ３に収納した用紙４が給紙ローラ６に押し当てられ、この給紙ローラ６の回転により、矢印Ａで示すように、用紙４が用紙トレイ３よりプリンタ１の背面側に向かって送り出される。プリンタ１は、この用紙送りの側に反転ローラ７が配置され、この反転ローラ７の回転等により、矢印Ｂで示すように、正面方向に用紙４の送り方向が切り換えられる。

プリンタ１は、この用紙送り方向が切り換えられてなる用紙４が用紙トレイ３の上を横切るように拍車ローラ８等により搬送され、矢印Ｃで示すように、プリンタ１の正面側に配置された排出口より排出される。プリンタ１は、この拍車ローラ８から排出口までの間に、矢印Ｄにより示すように、ヘッドカートリッジ１０が交換可能に配置される。

ここでヘッドカートリッジ１０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインク液滴を吐出させるプリンタヘッド１１が所定形状のホルダー１２の下面側に配置され、このホルダー１２にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクカートリッジＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋが配置される。これによりプリンタ１は、プリンタヘッド１１から吐出するインク液滴を搬送中の用紙４に付着し、所望の画像等を印刷する。
（１−２）プリンタヘッドの構成
ここで図３は、プリンタヘッド１１を下面側から見て示す平面図である。プリンタヘッド１１は、複数のヘッドモジュール２２をねじ２３によりヘッドフレーム２１に固定して作成される。ここでヘッドフレーム２１は、ヘッドモジュール２２の保持部材である。ヘッドフレーム２１は、所定板厚の金属板材を加工して作成され、用紙４の送り方向と直交する方向に延長する４つの長孔２４が、用紙４の送り方向に並列に設けられる。なおこの長孔２４は、ほぼこのプリンタヘッド１１の印刷幅の長さ、及び一定幅により作成される。

ヘッドモジュール２２は、複数のヘッドチップ２５を一体化したユニットである。この実施例において、ヘッドモジュール２２は、１種類のインクについて、プリンタヘッド１１の印刷幅の１／２の幅を印刷可能に、複数のヘッドチップ２５を一体化して作成される。ヘッドモジュール２２は、ヘッドフレーム２１に設けられた長孔２４にそれぞれ２個づつ設けられ、これによりこのプリンタヘッド１１は、全体で８個のヘッドモジュール２２が設けられ、Ａ４サイズの用紙４をカラー印刷可能に作成される。

より具体的に、ヘッドモジュール２２は、この図３において紙面の下側に配置される図示しないヘッドチップ保持部材にヘッドチップ２５が実装された後、フレキシブル配線基板２６に各ヘッドチップ２５が接続される。ヘッドモジュール２２は、このヘッドチップ保持部材によりインクカートリッジのインクを各ヘッドチップ２５に導く主インク流路が形成され、またこのフレキシブル配線基板２６を介して各ヘッドチップ２５が駆動される。なおフレキシブル配線基板２６は、ヘッドチップ２５を配置する部位にそれぞれ矩形形状の開口部２６ａが設けられ、この開口部２６ａによりヘッドチップ２５に設けられたノズル列を露出させる。またフレキシブル配線基板２６は、この開口部２６ａに沿って配置された電極により、各ヘッドチップ２５と接続される。

ヘッドモジュール２２は、長孔２４の延長する方向に延長するように、長孔２４の幅方向のほぼ中央に、ヘッドチップ保持部材による主インク流路が形成され、この主のインク流路を間に挟んでヘッドチップ２５が交互に連続するように、いわゆる千鳥配置によりヘッドチップ２５が配置される。
（１−３）ヘッドチップの構成
図４は、一部断面を取ってヘッドチップ２５を詳細に示す斜視図である。ヘッドチップ２５は、発熱素子３１、発熱素子３１を駆動する駆動回路、フレキシブル配線基板２６を接続する電極３２等が設けられた半導体基板３３上に、インク液室３４、インク流路部３５、ノズル３６が作成される。

ここで半導体基板３３は、主インク流路に沿って一定の間隔により発熱素子３１が連続して配置され、各発熱素子３１にそれぞれインク液室３４が設けられる。

インク流路部３５は、主インク流路から供給されるインクを各インク液室３４に導くインク流路の部位である。インク流路部３５は、半導体基板３３の主インク流路側端面から一定の範囲が割り当てられ、半導体基板３３と、この半導体基板３３に対向するように配置された天板部材３９とにより形成される一定間隔の空隙により形成される。なおインク流路部３５は、インク液室３４の正面に、隣接するインク液室３４間の干渉を防止すると共に、インク流路部３５の高さ方向の空間を確保する円柱形状の柱３７が設けられる。またこの柱３７の主インク流路側に、同様に、インク流路部３５の高さ方向の空間を確保する角柱形状の柱３８が設けられる。なおこの柱３８は、流路抵抗の増大を防止する目的で、インク液室３４側から見た側面形状が、これと直交する方向から見た側面形状より格段的に小さくなるように、インクが流れる方向に細長く延長する形状により形成される。

インク液室３４は、インク流路部３５側を除く部位に配置された隔壁部材４０と共に、この隔壁部材４０の上側端面に配置された天板部材３９とにより形成される。ノズル３６は、この天板部材３９に形成される。

ここで図１は、インク液室３４の部位を部分的に拡大して示す断面図及び平面図である。なお図１（Ｂ）の断面図は、図３をＥ−Ｅ線により切って示す断面図である。また図１（Ｃ）は、図１（Ａ）をＧ−Ｇ線により切って示す断面図である。このヘッドチップ２５は、符号Ｆにより示すノズル３６の中心Ｏからインク流路部３５より逆側の部位において、ノズル３６の中心軸を含む面により切り取って見た場合に、インク液室３４の壁面とノズル３６の壁面とが連続する直線形状とされる。より具体的に、ヘッドチップ２５は、この符号Ｆにより示す部位においては、インク液室３４の底面側からオリフィスに向かって、インク液室３４及びノズル３６の幅が小さくなる方向に直線形状に壁面が作成され、これによりいわゆる逆テーパー状に、インク液室３４及びノズル３６の壁面が作成される。これによりプリンタヘッド１１は、気泡、ゴミ等が滞留し易いインク液室３４のインク流路部３５より逆側の部位において、インクの流れを妨げないようにし、気泡、ゴミ等の滞留による不良を防止する。

またヘッドチップ２５は、この符号Ｆにより示す部位を除くインク液室３４の壁面、インク流路部３５との間の壁面にあっても、同様に、底面側からオリフィスに向かっていわゆる逆テーパー状に作成される。これによってもヘッドチップ２５は、インクの流れを妨げないようにし、気泡、ゴミ等の滞留による不良を防止する。
（１−４）ヘッドチップの製造工程
この実施例において、ヘッドチップ２５は、半導体製造工程により半導体ウエハ上に、複数のヘッドチップの半導体基板３３がまとめて作成される。その後、ヘッドチップ２５は、インク液室３４、インク流路部３５の形状による犠牲層が作成された後、この犠牲層を覆うように樹脂材料等が堆積されて隔壁部材４０、天板部材３９が設けられ、犠牲層を除去してインク液室３４、インク流路部３５が作成される。これによりこの実施例では、隔壁部材４０、天板部材３９が一体に作成される。

ヘッドチップ２５は、この犠牲層を作成する際の露光処理により、インク液室３４、ノズル３６の壁面形状が上述した形状により作成される。ヘッドチップ２５は、その後、スクライビング処理により個々に分離される。

すなわち図５は、図１（Ｂ）との対比によりヘッドチップ２５の製造工程の説明に供する断面図である。なお上述したようにヘッドチップ２５は、複数のヘッドチップが一体に作成された後、個々に切り出されて作成されるものの、以下の図においては、簡略化のために、個々の半導体基板３３についてヘッドチップの製造手順を示す。

すなわちヘッドチップ２５の製造工程は、半導体ウエハに発熱素子、発熱素子を駆動する駆動回路等を作成して半導体基板３３を作成すると、スピンコートにより、ポジ型フォトレジスト（東京応化工業（株）製ＰＭＥＲ−ＬＡ９００等）４５を塗布する。なおこの実施例では、膜厚１０〔μｍ〕によりポジ型フォトレジスト４５を塗布する。またこの実施例では、発熱素子３１をタンタル膜により作成した。

続いてヘッドチップ２５の製造工程は、インク液室３４に対応する形状のマスクを用いた縮小投影型露光機によりポジ型フォトレジスト４５を露光処理する。なおここで図６にこのインク液室３４の露光処理に供するマスクを示す。なおこの図６では、遮光する部位をハッチングにより示す。続いてヘッドチップ２５の製造工程は、インク流路部３５に対応する形状のマスクを用いた縮小投影型露光機によりポジ型フォトレジスト４５を露光処理する。なおここで図７にこのインク流路部３５の露光処理に供するマスクを、図６との対比により示す。なおインク流路部３５及びインク液室３４の露光処理は、インク流路部３５の露光処理を先に実行してもよく、図６及び図７との対比により図８にマスクを示すように、これらインク流路部３５及びインク液室３４の露光処理を１枚のマスクにより同時に実行してもよい。

ヘッドチップ２５の製造工程は、これらの露光処理において、少なくともインク液室３４の露光処理では、半導体基板３３の表面から半導体基板３３の内側方向に、フォーカス位置をシフトさせて露光処理し、これによりインク液室３４の壁面形状に対応するテーパー形状によりポジ型フォトレジスト４５を露光処理する。ここで図５においては、この露光処理されていない部位をハッチングにより示す。なおこれにより少なくともインク液室３４の露光処理に供するマスクは、インク液室３４及びノズル３６の壁面が直線形状により連続するように、ポジ型フォトレジスト４５の厚み、フォーカスシフト量、ノズル３６の直径及び厚み等から、適切に設計することが必要になる。

なお具体的に、これらの露光処理は、ニコン社製ｉ線ステッパーＮＳＲ−２００５ｉ９Ｃを用いて、照射量１２００〔ｍＪ／ｃｍ² 〕により実行した。またフォーカス位置のシフト量は１０〔μｍ〕である。なお縮小投影型露光機による露光処理に代えて、マスクと基板を重ね合わせて露光する形式のアライナーにより露光処理しても良く、この場合には、マスクをポジ型フォトレジスト４５から一定距離だけ離間させて配置することにより、同様のテーパー形状を作成することができる。

続いてヘッドチップ２５の製造工程は、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の３〔％〕水溶液による現像液を用いて、３分間、パドル現像した後、純水でリンスし、スピン乾燥する。これによりヘッドチップ２５の製造工程は、図９に示すように、ポジ型フォトレジスト４５により、インク液室３４、インク流路部３５の形状による犠牲層４６が作成される。

続いてヘッドチップ２５の製造工程は、図１０に示すように、所定の樹脂材料を塗布して被覆層４７を形成し、さらにノズル３６が作成される。この実施例では、この樹脂材料に光硬化型のネガ型フォトレジストを使用し、この光硬化型のネガ型フォトレジストをスピンコートにより膜厚１０〔μｍ〕で塗布して被覆層４７を作成した。またノズル３６に対応するマスクを用いて縮小投影型露光機により被覆層４７を露光処理し、これによりノズル３６の形状により被覆層４７を露光処理する。この露光処理において、ヘッドチップ２５の製造工程は、インク液室３４の露光処理と同様に、フォーカス位置をシフトさせて露光処理し、これによりノズル３６の壁面形状に対応するテーパー形状により被覆層４７を露光処理する。なお被覆層４７の厚み、フォーカスシフト量、ノズル３６の直径及び厚み等に応じてマスクを設計することにより、インク液室３４及びノズル３６の壁面が直線形状により連続するように露光処理した。なおこの露光処理においても、ニコン社製ｉ線ステッパーＮＳＲ−２００５ｉ９Ｃを用いて、照射量１２００〔ｍＪ／ｃｍ² 〕により実行した。またシフト量は１０〔μｍ〕である。また図１０においては、露光された部位をハッチングにより示す。

ヘッドチップ２５の製造工程は、続いて現像液（ＯＫ７３シンナー：東京応化工業（株）製）により現像した後、イソプロピルアルコールによるリンス処理し、これにより被覆層４７にノズル３６が作成される。

続いてヘッドチップ２５の製造工程は、スクライビング処理によりヘッドチップ２５が個々に分割された後、所定の溶液に浸漬され、犠牲層４６が除去される。なおこの溶液は、犠牲層４６を除去可能な種々の溶液を適用することができ、この実施例では有機溶剤の１つであるプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）が適用される。また溶液に浸漬した状態で超音波振動を与えて犠牲層４６を除去した。ヘッドチップ２５の製造工程は、その後、イソプロピルアルコールにより置換し、乾燥させる。これによりヘッドチップ２５の製造工程は、インク液室３４、インク流路部３５が作成される。

（２）実施例の動作
以上の構成において、プリンタ１では（図２）、印刷に供する画像データ、テキストデータ等によるヘッドカートリッジ１０の駆動により、記録対象である用紙４を所定の用紙送り機構により搬送しながら、ヘッドカートリッジ１０に設けられたプリンタヘッド１１からインク液滴が吐出され、このインク液滴が搬送中の用紙４に付着して画像、テキスト等が印刷される。

これに対応してプリンタヘッド１１では（図３、図４）、インクカートリッジＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのインクがヘッドチップ２５のインク液室３４に導かれ、各インク液室３４に配置された発熱素子３１の駆動によりインク液室３４の圧力が可変し、この圧力の可変により各インク液室３４のインクがノズル３６からインク液滴により吐出する。

しかしながらインクに気泡、ゴミ等が混入している場合もあり、この気泡、ゴミ等がインク液室３４に滞留すると、プリンタ１では、ノズル３６から安定にインク液滴を吐出することが困難になり、印画不良が発生する。特に、近年、プリンタヘッドは、印刷結果の高解像度化のため、ノズルから吐出するインク液滴を小液滴化することが求められており、そのためにノズル径を小さくすることが求められている。これに対してノズルから吐出したインク液滴を印刷対象である用紙に確実に付着させるためには、ノズルから吐出するインク液滴の吐出速度、吐出力をある程度確保することが必要であり、ノズル径を小さくする場合でも、インク液室に一定の大きさを確保することが必要である。

これによりこの種のプリンタヘッドは、ノズル径に比してインク液室の断面形状が大型化し、その結果、インク液室に気泡、ゴミ等が滞留し易くなる。

そこでプリンタ１では（図１）、ノズル３６の中心Ｏからインク流路部３５より逆側の部位において、ノズル３６の中心軸を含む面により切り取って見た場合に、インク液室３４の壁面とノズル３６の壁面とが連続する直線形状により作成される。より具体的には、この部位においては、インク液室３４の底面側からオリフィスに向かって、インク液室３４及びノズル３６の幅が小さくなる方向に直線形状に壁面が作成され、いわゆる逆テーパー状に、インク液室３４及びノズル３６の壁面が作成される。

これによりプリンタヘッド１１は、気泡、ゴミ等の滞留を促進する凹部、段差をインク液室３４に設けないようにし、インク液室３４に進入した気泡、ゴミ等がノズル３６から速やかに排出することができる。これによりこの実施例では、気泡、ゴミによる印画不良に関して、自己回復機能をプリンタヘッド１１に設けることができ、インク液室３４に進入した気泡、ゴミ等がインク液室３４に滞留して発生する不良を低減することができる。

特に、ノズル３６の中心Ｏからインク流路部３５より逆側の部位にあっては、ノズル３６の中心Ｏからインク流路部３５側の部位に比して、気泡、ゴミ等が滞留し易い部位である。従ってこの実施例では、このノズル３６の中心Ｏからインク流路部３５より逆側の部位において、インク液室３４の壁面とノズル３６の壁面との断面を連続する直線形状により作成することにより、確実に、気泡、ゴミ等がインク液室３４に滞留して発生する不良を低減することができる。

またより具体的に、インク液室３４の底面側からオリフィスに向かって、インク液室３４及びノズル３６の幅が小さくなる方向に、いわゆる逆テーパー状に、インク液室３４及びノズル３６の壁面を作成したことにより、リフィル等を阻害する要因を除去することができる。

このインク液室３４及びノズル３６の構成に対応して、この実施例では（図５〜図９）、発熱素子３１、発熱素子３１を駆動する駆動回路等を作成した半導体基板３３上に、ポジ型フォトレジスト４５が塗布された後、このポジ型フォトレジスト４５の露光処理、現像処理により、インク液室３４、インク流路部３５の形状による犠牲層４６が作成される。またこの露光処理の際のフォーカスの設定により、インク液室３４の壁面の形状が設定される。

またその後、光硬化型のネガ型フォトレジストを塗布して被覆層４７が作成された後、この被覆層４７の露光処理、現像処理によりノズル３６が作成され（図１０）、この露光処理におけるマスク、フォーカスの設定によりノズル３６の壁面形状が設定される。この実施例では、続いてヘッドチップ２５が個々に分離された後、犠牲層４６が除去され、これによりインク液室３４、インク流路部３５が作成される。

これによりこの実施例では、犠牲層、被覆層を用いた露光処理、現像処理によりインク液室、インク流路部、ノズルを作成する構成において、露光処理等の条件の設定により、気泡、ゴミ等がインク液室３４に滞留して発生する不良を低減することができる。従って簡易な構成により気泡、ゴミ等がインク液室３４に滞留して発生する不良を低減することができる。

（３）実施例の効果
以上の構成によれば、液室の壁面とノズルの壁面との断面を連続する直線形状とすることにより、液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減することができる。

またさらにインク液室、ノズルの壁面をいわゆる逆テーパー形状とすることによっても液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減することができる。

またインク液室、インク流路部の形状により犠牲層を作成した後、被覆層を堆積して露光、現像してノズルを作成し、その後、犠牲層を除去してインク液室、インク流路部を作成するようにして、露光処理におけるフォーカス等の設定により、液室の壁面とノズルの壁面との断面を連続する直線形状とすることにより、簡易な構成により液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減することができる。

この実施例において、ヘッドチップは、インク液室の隔壁、インク流路部の柱等を半導体基板上に作成した後、ノズルを作成したシート状の部材であるノズルシートを貼り付けて作成される。従ってこの実施例のヘッドチップは、天板部材３９、隔壁部材４０が別体に形成される。この実施例のプリンタは、このヘッドチップの作成工程が異なる点を除いて、実施例１と同一に構成される。従って以下においては、適宜、実施例１について説明した各部の符号を用いて説明する。

すなわちこの実施例において、プリンタヘッドの製造工程は、図１１（Ａ）に示すように、スピンコートにより半導体基板３３にネガ型レジスト５１を塗布した後、図１１（Ｂ）に示すように、インク液室３４、インク流路部３５の部位を遮光するマスクＭを用いてこのネガ型レジスト５１を露光処理する。なおここでこのネガ型レジスト５１には、例えば感光性環化ゴムを適用することができ、この場合、必要に応じて、事前に、半導体基板３３を表面処理、表面改質し、ネガ型レジスト５１との密着強度を向上するようにしてもよい。またこの露光処理において、実施例１と同様にフォーカス位置をオフセットさせ、これによりインク液室壁面の形状に対応する逆テーパー形状に露光処理する。

続いてプリンタヘッドの製造工程は、図１１（Ｃ）に示すように、所定の現像液、溶剤等によりネガ型レジスト５１を現像し、未露光部分を除去する。これによりプリンタヘッドの製造工程は、半導体基板３３上に、インク液室３４の隔壁、インク流路部３５の柱３７、３８を作成し、これにより隔壁部材４０が設けられる。

プリンタヘッドの製造工程は、図１２に示すように、続いて別工程で作成したノズルシート５３を位置決めして圧接し、これによりネガ型レジスト５１の２次接着によりノズルシート５３を配置する。

ここでノズルシート５３の製造工程は、スピンコートによりステンレス等の導電性を有する基板上にネガ型レジストを一定膜厚により塗布した後、ノズルの形状によるマスクを用いてこのネガ型レジスト５２を露光処理、現像処理する。これによりノズルシート５３の製造工程は、ノズル３６の形状による型を基板上に形成する。このノズルシート５３の製造工程は、このノズルプレート作成時の露光処理において、実施例１の犠牲層を作成する場合と同様に、フォーカス位置をオフセットさせ、ノズル３６の壁面の形状に対応する逆テーパー形状を形成し、さらにインク液室３４とノズル３６との壁面が直線により連続するように設定する。

ノズルシート５３の製造工程は、続いてこの基板をメッキ槽に配置して電鋳処理し、基板上にノズルシートを作成する。プリンタヘッドの製造工程は、続いてノズルシート５３を基板から剥離して洗浄等の一連の処理を実行した後、ヘッドチップ２５に配置する。

この実施例のように、天板部材３９、隔壁部材４０を別体に形成してヘッドチップを作成する場合でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。

この実施例において、ヘッドチップは、犠牲層により併せてノズル形状を作成する。この実施例のプリンタは、このヘッドチップの作成工程が異なる点を除いて、実施例１と同一に構成される。従って以下においては、適宜、実施例１について説明した各部の符号を用いて説明する。

すなわちこの実施例において、、ヘッドチップの製造工程は、図１３に示すように、スピンコートにより半導体基板３３にポジ型レジスト６２を塗布する。ここでこの実施例では、インク液室３４の厚みに、ノズル３６の厚みを加えた厚みより大きな膜厚でポジ型レジスト６２を塗布する。

続いて図１４（Ａ）に示すように、インク液室３４、インク流路部３５の部位を遮光するマスクＭを用いてこのポジ型レジスト６２を露光処理する。この実施例では、この露光処理において、実施例１と同様にフォーカス位置をオフセットさせ、これによりインク液室壁面の形状に対応する逆テーパー形状に露光処理する。

続いて図１４（Ｂ）に示すように、ノズル３６の部位を遮光するマスクＭを用いてこのポジ型レジスト６２を露光処理する。この実施例では、この露光処理においても、実施例１と同様にフォーカス位置をオフセットさせ、これによりノズル３６の形状に対応する逆テーパー形状に露光処理する。またこのマスクＭの設定により、インク液室３４の壁面とノズル３６の壁面とが直線形状により連続するように設定する。

続いてヘッドチップの作成工程は、所定の溶剤によりポジ型レジスト６２の露光部分を除去し、これにより図１５（Ａ）に示すように、ノズル３６、インク液室３４、インク流路部３５の形状による犠牲層６３を作成する。

続いてヘッドチップの作成工程は、図１５（Ｂ）により示すように、例えば紫外線硬化型のエポキシ樹脂による被覆層６４を所定膜厚により塗布した後、この被覆層６４が硬化され、その後、犠牲層６３が除去されてノズル３６、インク液室３４、インク流路部３５が作成される。

この実施例のように、犠牲層により併せてノズル形状を作成するようにしても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図１６は、図１との対比により本発明の実施例４のプリンタに適用されるヘッドチップを示す断面図及び平面図である。この実施例のヘッドチップ７５は、ノズル３６の中心からインク流路部３５側とは逆側において、ノズル３６側から見たインク液室３４の底面形状が、ノズル３６の中心Ｏを中心とした円形形状により形成される。これによりヘッドチップ７５は、ノズル３６の中心からインク流路部３５側とは逆側において、インク液室３４及びノズル３６の壁面が同一の傾きにより作成される。この実施例のヘッドチップ７５は、このインク液室３４に関する構成が異なる点を除いて、上述の各実施例と同一に構成される。なおインク液室の形状は、各実施例の形状に限らず、種々の形状を広く適用することができる。

この実施例のように、インク液室を円形形状等により作成する場合でも、上述の実施例と同様の効果を得ることができる。

図１７は、図１との対比により本発明の実施例５のプリンタに適用されるヘッドチップを示す断面図及び平面図である。この実施例のヘッドチップ８５は、ノズル３６が長孔形状により作成され、このノズル３６の形状に対応する形状によりインク液室３４が作成される。この実施例のヘッドチップ８５は、このノズル３６及びインク液室３４に関する構成が異なる点を除いて、上述の各実施例と同一に構成される。なおノズル３６の形状は、各実施例の形状に限らず、種々の形状を広く適用することができる。

この実施例のように、ノズルを長孔形状等により作成する場合でも、上述の実施例と同様の効果を得ることができる。

ところで上述の実施例において、インク液室に関する露光処理と、ノズルに関する露光処理とを個別に実行する場合、マスクの位置合わせの誤差により、図１との対比により図１８に示すように、天板部材３９と隔壁部材４０との間に段差が発生する場合がある。またノズルシートを貼り付けてヘッドチップを作成する場合には、このノズルシートを貼り付ける際の取り付け誤差により、同様に天板部材３９と隔壁部材４０との間に段差が発生する場合がある。

そこでこの実施例では、ノズル３６の中心Ｏからインク流路部３５より逆側の部位において、隔壁部材４０の天板部材３９側端面におけるノズル３６の中心Ｏからインク液室３４の壁面までの距離ｒ２に比して、対応するノズル３６の半径ｒ１が大きく設定される。より具体的に、ｒ１からｒ２を減算した値ｒ１−ｒ２が、天板部材３９と隔壁部材４０との間で発生が予測される位置ずれ量の最大値より大きな値に設定される。

これによりこの実施例では、インク液室及びノズルの接続部では、ノズル側が幅広になるように設定し、天板部材３９と隔壁部材４０とが位置ずれした場合でも、液室に進入した気泡、ゴミ等のノズル３６からの流出を阻害する凸部が形成されないようにし、液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減する。

この実施例のように、インク液室及びノズルの接続部では、ノズル側が幅広になるように設定することによっても、液室に進入した気泡、ゴミ等が液室に滞留して発生する不良を低減することができる。

なお上述の実施例においては、露光処理の際のフォーカスの設定によりインク液室の壁面等をテーパー形状とする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば露光中のマスクの可動によりインク液室の壁面等をテーパー形状としてもよい。

また上述の実施例においては、駆動素子に発熱素子を使用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、圧電素子、静電アクチュエータ等の各種駆動素子を使用する場合にも広く適用することができる。

また上述の実施例においては、カラー印刷用のラインプリンタに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば白黒印刷用のラインプリンタ等、種々のプリンタに広く適用することができる。

また上述の実施例においては、本発明をプリンタに適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク液滴に代えて液滴が各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等である各種液滴吐出ヘッド、さらには液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種試験装置、パターン描画装置等に広く適用することができる。

本発明は、例えばインクジェット方式のプリンタに適用することができる。

本発明の実施例１のプリンタに適用されるヘッドチップを示す図である。 本発明の実施例１のプリンタを示す斜視図である。 図２のプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す平面図である。 図３のプリンタヘッドに適用されるヘッドチップを示す斜視図である。 図１のヘッドチップの製造手順を示す断面図である。 図１のヘッドチップの製造に供するインク液室側のマスクを示す平面図である。 図１のヘッドチップの製造に供するインク流路側のマスクを示す平面図である。 図６及び図７に代えて適用可能なマスクを示す平面図である。 図５の続きの工程の説明に供する断面図である。 図９の続きの工程の説明に供する断面図である。 本発明の実施例２のプリンタに適用されるヘッドチップの製造手順を示す断面図である。 図１１の続きの工程の説明に供する断面図である。 本発明の実施例３のプリンタに適用されるヘッドチップの製造手順を示す断面図である。 図１３の続きの工程の説明に供する断面図である。 図１４の続きの工程の説明に供する断面図である。 本発明の実施例４のプリンタに適用されるヘッドチップの製造手順を示す断面図である。 本発明の実施例５のプリンタに適用されるヘッドチップを示す断面図及び平面図である。 本発明の実施例６のプリンタに適用されるヘッドチップを示す断面図及び平面図である。

符号の説明

１……プリンタ、１０……ヘッドカートリッジ、１１……プリンタヘッド、２５、７５、８５、９５……ヘッドチップ、３１……発熱素子、３４……インク液室、３６……ノズル、３９……天板部材、４０……隔壁部材、Ｍ……マスク

Claims (11)

1. 液体を保持する液室と、
   前記液室に前記液体を導く流路と、
   前記液室の圧力を可変して、前記液室に保持した液体の液滴をノズルから吐出させる駆動素子とを有し、
   前記ノズルの中心から前記流路とは逆側の部位において、前記ノズルの中心軸を含む平面により断面を取って見た場合に、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とが連続する直線形状に設定された
   液滴吐出ヘッド。
2. 前記逆側の部位において、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とが、前記ノズルの先端に向かうに従って、前記ノズルの中心軸から前記液室及び前記ノズルの壁面までの間隔が短くなるように形成された
   請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記液室及びノズルの形状が、フォトリソグラフィーにより形成された
   請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記駆動素子が、発熱素子である
   請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記液体が、インクである
   請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 液体を保持する液室と、
   前記液室に前記液体を導く流路と、
   前記液室の圧力を可変して、前記液室に保持した液体の液滴をノズルから吐出させる駆動素子とを有し、
   前記ノズルの中心から前記流路とは逆側の部位において、前記ノズルの中心軸を含む平面により断面を取って見た場合に、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とをそれぞれ前記ノズルの先端に向かって前記液室及び前記ノズルの幅が小さくなる直線形状とすると共に、前記液室及び前記ノズルの接続部では、ノズル側が幅広になるように設定した
   液滴吐出ヘッド。
7. 前記液室及びノズルの形状が、フォトリソグラフィーにより形成された
   請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記駆動素子が、発熱素子である
   請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
9. 前記液体が、インクである
   請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
10. 所望の液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを有し、
    前記液滴吐出ヘッドが、
    前記液滴の液体を保持する液室と、
    前記液室に前記液体を導く流路と、
    前記液室の圧力を可変して、前記液滴をノズルから吐出させる駆動素子とを有し、
    前記ノズルの中心から前記流路とは逆側の部位において、前記ノズルの中心軸を含む平面により断面を取って見た場合に、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とが連続する直線形状に設定された
    液滴吐出装置。
11. 所望の液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを有し、
    前記液滴吐出ヘッドが、
    前記液滴の液体を保持する液室と、
    前記液室に前記液体を導く流路と、
    前記液室の圧力を可変して、前記液滴をノズルから吐出させる駆動素子とを有し、
    前記ノズルの中心から前記流路とは逆側の部位において、前記ノズルの中心軸を含む平面により断面を取って見た場合に、前記液室の壁面と前記ノズルの壁面とをそれぞれ前記ノズルの先端に向かって前記液室及び前記ノズルの幅が小さくなる直線形状とすると共に、前記液室及び前記ノズルの接続部では、ノズル側が幅広になるように設定した
    液滴吐出装置。
    

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