JP2017030212A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッド製造工程における残渣等の発生を低減し、ヘッド品質や歩留り向上を可能とする液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】基板１と、基板１の第一の面に設けたエネルギー発生素子４と、エネルギー発生素子４上に液体を配置する液体流路６を規定し、液体流路６に連通して液体が吐出される液体吐出口７を備える流路壁部材２と、液体流路６に連通する液体供給路３と、液体供給路３に連通し、液体供給路３よりも液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積が小さい液体供給口９と、を備えた液体吐出基板２０、並びに、液体吐出基板２０に接触配置される液体吐出ヘッド構成部材１０、を有する液体吐出ヘッドであって、液体吐出基板２０は、液体吐出口７および液体供給路３とは異なる、液体流路６に連通する開口部１１を有し、開口部１１の少なくとも一部は、液体吐出ヘッド構成部材１０により塞がれている。【選択図】図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドには、液体中の泡や異物の侵入を防止するための構造体を設けることがある。特許文献１には、液体吐出ヘッドに、泡や異物の侵入を防止するメンブレンフィルターをインク供給部と同時に形成する方法が開示されている。引用文献１に記載された発明においては、前記メンブレンフィルターに設けられた穴径が、インクを通過させる穴、すなわち液体供給口の役割を果たしている。したがって、異物等の侵入を防ぐためには、該穴径はできるだけ小さく、細かく配設されることが望ましい。

特開２０００−９４７００号公報

しかしながら、液体吐出ヘッドに、メンブレンフィルター等の泡や異物を防止する構造体や、液体流路を分離するための部材等を設けることにより開口面積が狭くなる箇所ができると、液体の置換性や抜け性が低下することがある。そのため、液体吐出ヘッド製造工程において残渣等が発生しやすくなり、ヘッド品質や歩留まりが課題となる。したがって本発明は、液体吐出ヘッド製造工程における残渣等の発生を低減し、ヘッド品質や歩留りの向上を可能とする液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の一形態では、基板と、
該基板の第一の面に設けたエネルギー発生素子と、
該エネルギー発生素子上に液体を配置する液体流路を規定し、該液体流路に連通して液体が吐出される液体吐出口を備える流路壁部材と、
前記液体流路に連通する液体供給路と、
前記液体供給路に連通し、前記液体供給路よりも液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積が小さい液体供給口と、
を備えた液体吐出基板、
並びに、前記液体吐出基板に接触配置される液体吐出ヘッド構成部材、
を有する液体吐出ヘッドであって、
前記液体吐出基板は、前記液体吐出口および前記液体供給路とは異なる、前記液体流路に連通する開口部を有し、該開口部の少なくとも一部は、前記液体吐出ヘッド構成部材により塞がれていることを特徴とする液体吐出ヘッドが提供される。

また本発明の別の形態では、基板の第一の面に、エネルギー発生素子を形成する工程と、
前記基板の第一の面上に、前記エネルギー発生素子上に液体を配置する液体流路を規定し、該液体流路に連通して液体が吐出される液体吐出口を備える流路壁部材を形成する工程と、
前記液体流路に連通する液体供給路を形成する工程と、
前記液体供給路に連通し、前記液体供給路よりも液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積が小さい液体供給口を形成する工程と、
を含む工程により液体吐出基板を形成する工程、並びに、
前記液体吐出基板に接触配置される液体吐出ヘッド構成部材を形成する工程と、
を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記液体吐出基板を形成する工程において、前記液体吐出口および前記液体供給路とは異なる、前記液体流路に連通する開口部を前記液体吐出基板に形成し、かつ、
前記液体吐出ヘッド構成部材を形成する工程において、前記液体吐出ヘッド構成部材により、前記開口部の少なくとも一部を塞ぐことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法が提供される。

本発明によれば、液体吐出ヘッド製造工程における残渣等の発生を低減し、ヘッド品質や歩留りの向上を可能とする液体吐出ヘッドおよび該液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッド並びに該液体吐出ヘッドを構成する液体吐出基板および液体吐出ヘッド構成部材の一例を示す図である。 従来の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出基板の一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 従来の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明は、以下に示す材料や構造、製造方法等に限定されるものではない。

図１は、本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。本発明の液体吐出ヘッドは、液体吐出ヘッド構成部材１０に液体吐出基板２０が接触配置された構成を有している。

図２は、本発明の一実施形態である液体吐出ヘッド並びに該液体吐出ヘッドを構成する液体吐出基板２０および液体吐出ヘッド構成部材１０の一例を示す図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は液体吐出基板２０を示し、それぞれ（Ａ）Ａ−Ａ’断面図と、（Ｂ）液体供給口部材８の側から観察した図である。図２（Ｃ）、（Ｄ）は液体吐出ヘッド構成部材１０を示し、それぞれ（Ｃ）Ａ−Ａ’断面図と、（Ｄ）液体吐出基板と接合する面から観察した図である。図２（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）は、上記液体吐出ヘッド構成部材１０に上記液体吐出基板２０を接触配置してなる液体吐出ヘッドの断面図であり、それぞれ（Ｅ）Ａ−Ａ’断面図と、（Ｆ）Ｂ−Ｂ’断面図と、（Ｇ）Ｃ−Ｃ’とＤ−Ｄ’断面図である。

図２に示すように、液体吐出基板２０は、基板１と、流路壁部材２と、液体供給路３と、液体供給口９と、を含む。基板１の第一の面（表面５）側には、エネルギー発生素子４が設けられている。流路壁部材２は、エネルギー発生素子上に液体を配置する液体流路６を規定し、液体流路６に連通して液体が吐出される液体吐出口７を備える。液体供給路３は、液体流路６に連通し、液体供給口９は、液体供給路３に連通している。また、液体吐出基板２０は、液体吐出口７および液体供給路３とは異なる、液体流路６に連通する開口部１１を有しており、開口部１１は、液体吐出ヘッド構成部材１０により塞がれている。この例では、液体供給口９と開口部１１は、液体供給口部材８に形成されている。

図２に示す液体吐出ヘッドにおいては、基板１の第一の面に対向する第二の面（裏面１２）に、液体供給口９および開口部１１が形成された液体供給口部材８が設けられており、該開口部１１は、液体供給路３を介して液体流路６に連通した構成を有する。以下、各構成について説明する。

＜液体吐出基板２０＞
［基板１］
基板１は、トランジスタ等の半導体素子や回路が形成可能な基板である。例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰやダイヤモンドや、酸化物半導体であるＺｎＯや、窒化物半導体であるＩｎＮ、ＧａＮやこれらの混合物等や、有機半導体等の半導体材料が挙げられる。また、ガラスやＡｌ₂Ｏ₃、樹脂、金属等の基板に、薄膜トランジスタ等を用いた回路が形成されたものやＳＯＩ基板等を用いてもよく、プラスチックや金属等を貼り合わせた基板を用いてもよい。これらの中でも、Ｓｉで形成されたシリコン基板であることが好ましい。

［液体供給路３］
基板１には、液体流路６に連通し、基板の第一の面（表面５）から対向する第二の面（裏面１２）に貫通する貫通孔の少なくとも一部として液体供給路３を形成している。図２では、貫通孔の全てが液体供給路３となる。液体供給路３のサイズや形状、数、位置に制約は無く、本発明の図に示すものには限定されない。液体供給路３には、梁や流路フィルター、メンブレンフィルター等が、本発明の作用効果を損なわない位置に形成されていてもよい。また、液体供給路３は、基板を貫通する貫通孔の形態以外に、基板の表面５に形成した溝の形態、後述する流路壁部材２に形成した貫通孔もしくは溝の形態でもよい。液体供給路３は、液体吐出基板２０の外部から液体流路６に液体を導入する流路となる。

［エネルギー発生素子４］
基板１の第一の面（表面５）側には、エネルギー発生素子４や、接続端子（不図示）が形成されている。エネルギー発生素子４としては、公知の素子を用いることができる。例えば、ＴａＳｉＮ等の熱エネルギーを発生させるヒーター素子や電磁波加熱素子、機械的エネルギーを発生させるピエゾ素子や超音波素子、電気エネルギーや磁気エネルギーで液体を吐出する素子等が挙げられる。エネルギー発生素子４は、基板１の表面と接触していてもよいし、一部中空状に形成されていてもよい。エネルギー発生素子４は、絶縁層や保護層で覆われていてもよい。

［流路壁部材２］
また、基板１の表面５上には、液体の流路の壁を構成する流路壁部材２が形成されている。流路壁部材２は、感光性樹脂等の樹脂材料で形成されている。感光性樹脂としては、ネガ型感光性樹脂やポジ型感光性樹脂のいずれでもよいが、ネガ型感光性樹脂で形成されていることが好ましい。ネガ型感光性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等を用いることができる。市販品では、ＥＨＰＥ−３１５０（商品名、株式会社ダイセル製）等を用いることができる。感光性樹脂は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。流路壁部材２は、樹脂材料に限定されず、金属材料、半導体材料、絶縁体材料等またはこれらを組み合わせることによって形成することができる。流路壁部材２は１層以上の材料で形成すればよく、密着性を向上させる密着層あるいは平坦化層や反射防止層等が形成されていてもよい。これらの層は、流路壁部材２と基板１の間に形成されていてもよく、２層以上で形成される流路壁部材であれば、任意の層の間に形成されていてもよい。

［液体流路６、液体吐出口７］
流路壁部材２には、前記エネルギー発生素子４上に液体を配置する液体流路６、および該液体流路６に連通して液体が吐出される液体吐出口７が形成されている。液体流路６および液体吐出口７のサイズや形状、数、位置に制約は無く、本発明の図に示すものには限定されないが、通常、液体吐出口７は、液体供給路３や液体流路６よりも、液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積（以下、単に「開口断面積」とも称する。）が小さくなるように形成される。

［液体供給口部材８、液体供給口９］
液体吐出基板２０は、前記液体供給路３に連通する液体供給口９を有している。液体供給口９は、前記液体供給路３よりも液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積が小さいものであれば形状、数、位置に制約は無く、本発明の図に示すものには限定されない。なお、「液体の流動方向に垂直な方向」とは、例えば図２に示す構成では、液体供給路３及び液体供給口９は共に基板１の垂直方向に液体が流れ、その流動方向と垂直な方向は、基板の第一及び第二の面に対して平行な方向となる。
液体供給口９は、前記液体供給路３と共に貫通孔の一部として前記基板１の第二の面側に形成してもよく、液体供給口部材８を設ける場合には、該液体供給口部材８に形成してもよい。また、液体供給口９は、基板の第一の面側に形成することもできる。この場合、開口部１１を流路壁部材２に設けることによって、液体吐出ヘッド製造工程における残渣等を抑制することができる。液体供給口９は、泡や異物に対するフィルターや、複数の液体供給路に別々の液体を振り分ける際に用いる穴や、液体にかかる抵抗を調整するための構造等に用いることができる。液体供給口９の開口断面積が液体吐出口７の開口断面積よりも小さい場合には、液体吐出口の目詰まりの原因となる異物の侵入を抑制するフィルター効果が得られるため好ましい。

液体供給口部材８は、例えば図２に示すように、基板１の第二の面（裏面１２）に形成していてもよく、前記液体供給路３の経路によっては、他の面に設けられていてもよい。液体供給口部材８の形状や厚さは限定されず、液体供給路３に一部が入り込んでいてもよく、液体供給路３の側壁を覆っていてもよい。液体供給口部材８が液体供給路３に一部入り込むことで、基板との密着性や強度を高める効果が得られる。また、液体供給路３の側壁を覆うことで保護膜としての効果が得られる。さらに、液体供給口部材８には、開口部１１が形成されていてもよく、液体供給口部材８と流路壁部材２とが繋がっていてもよい。なお、液体供給口部材８は、前述のように必須ではなく、省略することも可能である。

液体供給口部材８は、金属材料や半導体材料、絶縁体材料、樹脂材料等の材料を用いて形成することができる。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｗ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｃｏ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｈｇ、Ｂｉ、Ｐｂやこれらの混合物等の金属材料が挙げられる。また、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍやこれらの混合物等も用いることができる。あるいは一般的な合金であるＳＵＳや金属ガラス等を用いることができる。また、前記金属の酸化物、窒化物、窒酸化物、炭化物やフッ化物、ホウ化物やこれらの混合物等を用いることができる。Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＳｉＮ、ＢＮ等の半導体材料や、ダイヤモンドライクカーボン、グラファイト、カーボンナノチューブ等の炭素材料を含んでいてもよい。また、アクリル系樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、生分解性プラスチック等の樹脂材料を含んでいてもよい。これらは複数の積層構造体でもよく、デバイスや流路等の構造が形成されていてもよい。これらの部材は、耐薬品性や反射防止や他部材との密着性の向上の観点から、コーティングされていてもよい。

上記液体供給口部材８は、加工した後で基板１に接合してもよく、基板に接合した後で加工してもよい。液体供給口部材を加工した後で接合する場合は、接合時の位置ズレにより高精度の位置合わせが困難な場合がある。また、液体供給口部材に液体供給口等を加工する工程において支持部材等が別途必要となる場合があり、工程が増えてコストが増加する可能性がある。一方、液体供給口部材を接合してから液体供給口等を加工する場合は、位置精度が向上する効果が得られる。また、基板が、搬送等の支持部材としての役割を兼ねることができるため、コストの増加を抑制できるという効果が得られる。液体供給口部材への液体供給口及び開口部の加工方法は、特に限定されず、使用する材料に適宜最適な方法を選択すればよい。例えば、フォトリソグラフィー法、レーザーアブレーション法、ドリルなどを用いた機械穿孔法などが挙げられる。液体供給口部材８は、ポーラス材料や網状材料でもよく、その孔部のうち液体供給路３に連通するものが液体供給口９となり、加工は開口部のみでよい。また液体供給口部材８は多層構造でもよく、液体供給口９に連通する流路等の溝が形成されていてもよい。

基板１と、液体供給口部材８との接着性を向上させる観点から、基板１と、液体供給口部材８との接合面の少なくとも一方に、密着層形成やプラズマ処理やプライマー処理等を行ってもよい。液体供給口部材の接合には、熱硬化型、光硬化型、または水分反応型接着剤や、低融点金属等の接着剤を用いることができる。接着剤は液体状でもよく、フィルム状などの固体状でもよく、噴霧する形態でもよい。また、熱剥離型、光剥離型、または力で着脱可能な粘着性フィルムを用いてもよい。また、熱や超音波による溶着、プラズマやイオンビームによる表面活性化接合などで接合を行ってもよい。さらに、基板に、液体供給口部材との接合用の材料が形成されていてもよく、基板の表面は平坦化されていてもよい。また、基板に対して塗布、蒸着、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタ、メッキなどにより液体供給口部材８を形成してもよい。なお、液体供給口部材８には回路が形成されていてもよく、該回路と基板に存在する回路とを接合することもできる。

液体供給口部材８は感光性樹脂で形成されていてもよい。感光性樹脂で形成することで、高い加工精度を実現する効果が得られるため好ましい。感光性樹脂は、ネガ型感光性樹脂であることが好ましい。製造工程の自由度や製品の信頼性を考慮した場合、熱や薬品への耐性が高い樹脂であることが好ましく、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂のうち少なくとも１つであることが好ましい。これらの中でも、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。上記感光性樹脂には、光酸発生剤や増感剤、還元剤、密着向上添加剤、撥水剤、電磁波吸収部材等が含まれていてもよい。また、熱可塑性樹脂や軟化点制御用樹脂や強度を高める樹脂等が添加されていてもよい。無機フィラーやカーボンナノチューブ等が含まれていてもよい。さらに、静電気対策等のため、導電性材料が含まれていてもよい。

［開口部１１］
液体吐出基板２０は、液体吐出口７および液体供給路３とは異なる、液体流路６に連通する開口部１１を有し、開口部１１の少なくとも一部は、液体吐出ヘッド構成部材１０により塞がれている。開口部１１は、液体流路６に連通するように形成されていればよく、例えば、基板の第二の面（裏面１２）や、図２に示すように液体供給口部材８に形成されていてもよく、また、図８に示すように流路壁部材２に形成されていてもよい。開口部は、液漏れが問題とならない場合には、液体吐出ヘッド構成部材によって、少なくとも一部が塞がれていればよく、全部が塞がれていなくてもよい。例えば図２に示す液体吐出ヘッドにおいては、位置ズレ等により、または意図的に、開口部を完全に塞がずに液体供給口として残すことも可能である。一方、図８に示す液体吐出ヘッドなどのように外部への液漏れが問題となる場合は、開口部が液体吐出ヘッド構成部材により塞がれて、液体が、前記液体供給口を貫通して流れ、前記開口部を貫通して流れない構成となっていることが好ましい。

開口部１１のサイズや形状、数、位置に制約は無く、本発明の図に示すものには限定されない。図６に示すように、開口部１１は、直線や曲線を組み合わせて自由なサイズ、形状とすることができる。単一の開口部１１の開口断面積が、単一の液体供給口９の開口断面積よりも大きいことで、生産性がさらに向上する効果が得られるため好ましい。開口部１１の開口断面積は、液体吐出口７や液体供給口９の開口断面積よりも大きく形成する。好ましくは開口部１１に内接する円を、液体吐出口７や液体供給口９に内接する円より大きくすることにより、液体吐出口や液体供給口の開口幅よりも大きく、液体吐出口や液体供給口に詰まる可能性がある異物についても、排出可能となる。また、開口部の開口断面積を大きくすることで、現像、剥離、洗浄等の工程で用いる溶剤の通りが改善され、液体選定時の表面張力に対する自由度が上がる効果が得られる。

液体供給路３に連通する形態で開口部１１を設ける場合、液体供給路３が複数存在するときは、全ての液体供給路に開口部１１を設けなくても本発明の効果を得ることができる。１つの液体供給路に対して、少なくとも１つの開口部を設けることにより、さらに高い効果が得られるため好ましい。すなわち、１つの液体供給路に対して、少なくとも１つの開口部と、少なくとも１つの液体供給口とが接していることが好ましい。

液体供給口部材８と基板１の熱膨張係数に差がある場合には、開口部１１を設けることで応力を低減する効果が得られる。この結果、ウェハ反り等が低減される効果が得られる場合がある。また、前記液体供給口部材が基板から剥がれる不良が低減される効果が得られる場合がある。

＜液体吐出ヘッド構成部材１０＞
図１及び図２に示す液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出ヘッド構成部材１０は、液体吐出基板２０を支持する支持部材である。液体吐出ヘッド構成部材１０には、液体供給口９に連通する流路１３が設けられている。本発明に係る液体吐出ヘッドにおいて、開口部１１の少なくとも一部は、液体吐出ヘッド構成部材１０で塞がれている。液体吐出ヘッド構成部材は、支持部材以外にも、例えば、液体吐出ヘッドを構成する実装部品等の部材や接着剤、封止剤等が挙げられる。実装部品等の部材としては、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、アクリル、ハイインパクトポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリサルフォン、ポリカーボネート等のプラスチック、プラスチックと無機フィラーとの混合物、プラスチックとエポキシ化合物を共重合したもの、金属材料、セラミック材料が挙げられる。接着剤、封止剤としては熱硬化性あるいは光硬化性のエポキシ樹脂が挙げられる。

液体吐出ヘッドを製造する際、現像、剥離、洗浄、乾燥等の工程において残渣やタクト等が問題になる場合がある。液体供給口９と開口部１１を形成した後、開口部１１の少なくとも一部を液体吐出ヘッド構成部材１０で塞ぐことで、製造工程中の乾燥不足や残渣等による不良が低減し、ノズル品質や歩留まりが向上する効果が得られる。また、乾燥時間等の短縮により、生産性が向上する効果が得られる。なお、開口部１１を塞ぐ工程における位置ズレ等で、液体供給口９の一部が同時に塞がれることがあるが、インク等の液体の供給を妨げない範囲で許容される。また、上述したように、開口部１１を塞ぐ工程における位置ズレ等で、開口部の一部が塞がれずに残っていてもよい。

また、図４に示すように、開口部１１に液体吐出ヘッド構成部材１０の一部が入り込むように形成してもよい。このような構成とすることによって、接着面積が増加し剥がれに強くなる効果や、位置合わせ等に用いることができるという効果が得られる。

また、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の液体吐出ヘッドは、液体供給口部材８を設けずに、基板１に、液体供給路３と共に液体供給口９及び開口部１１が形成されていてもよい。さらに、本発明においては、基板１、流路壁部材２、および、液体供給口９から選択される部材のうちの少なくとも２つを、共通する材料から形成することができる。共通の材料を用いて部材を形成することで、各部材に用いる材料の種類が少なくなり、製造装置数を削減できる等の製造上の効果が得られる。また、異種部材の界面で発生しやすい剥がれ等を低減できる効果がある。

図６は、液体供給口部材８を含む実施形態における液体吐出基板を構成する液体供給路３、液体供給口部材８および開口部１１の配置例である。図６（Ａ）のように、液体供給口部材８は分離して形成してもよい。また、図６（Ｂ）のように開口部１１を該開口部と連通する液体供給路３の開口端に配置することで、液体吐出基板製造時のウェットプロセスからの回転乾燥やブロー乾燥において洗浄液等の溶剤が抜けやすくなり、洗浄液の液体供給路内部への液溜まりを防ぐことができる。結果として、洗浄性、生産性がさらに向上する効果が得られる。さらに、図６（Ｃ）のように、液体供給口部材８で覆われている面積よりも、液体供給口部材８で覆われていない面積の方が大きくなるように形成されていてもよい。

図７は、液体供給口部材８を含む実施形態の別の例を示す図であり、分図（Ａ）、（Ｂ）において、紙面右に図６と同様の配置例を、紙面左に断面図を示す。図７（Ａ）に示すように、液体供給口９および開口部１１は、複数の液体供給路３にまたがって形成されていてもよい。また、図７（Ｂ）に示すように、液体供給口９および開口部１１は、複数のサイズが混載されていてもよい。なお、液体供給口９と開口部１１は、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す位置に限定されず、自由に配置することができる。

開口部１１は、液体流路６に連通しているのであれば、液体吐出基板の液体供給口部材以外に形成してもよい。また、液体供給路３と直接連通していなくともよく、例えば、流路壁部材２に形成することもできる。図８は、流路壁部材２に開口部を形成する実施形態を説明する図であり、分図（Ａ）、（Ｂ）において、紙面上に図２等と同様の縦断面図を、紙面下に横断面図を示す。縦断面図は、横断面図のＡ−Ａ’又はＢ−Ｂ’線での断面を示す。図８に示す液体吐出ヘッドにおいて、開口部１１は、液体供給口９とは異なり、流路壁部材２に形成されている。また、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、液体供給路３や開口部１１は、自由に配置することができる。図８（Ｂ）のように、開口部１１を液体吐出口７と同じ面に形成した場合は、開口部１１を塞ぐ液体吐出ヘッド構成部材１０の分だけ液体吐出口と液体吐出対象物の距離が増加する。一方、図８（Ａ）に示すように、開口部１１を液体吐出口が形成される面とは異なる面（対向する面や側面等）に形成した場合は、液体吐出口と液体吐出対象物の距離の増加がないため好ましい。

開口部１１は、ナンバリングやアライメントマーク等の識別記号としての機能を有していてもよい。また、開口部を通して、液体の評価を行う機能、液体とのエネルギー交換を行う機能、液体の状態制御を行う機能、液体吐出ヘッドの状態制御を行う機能を有していてもよい。開口部を通して液体を評価する方法としては、温度や電位、吸収スペクトル、外観等による方法が挙げられる。例えば、液体吐出ヘッド構成部材として電磁波透過率の高い材料を使用し、電磁波による反射や吸収等を利用してもよく、温度や電位等を測定する端子を開口部内に導入してもよい。また、開口部を通して液体を加熱してもよい。さらに、ピエゾ素子等を用いて、開口部を通して力学的に液体吐出用のエネルギーを与えてもよい。あるいは、開口部から液体の電位制御等を行うことで、液体吐出ヘッドに使用される金属部材の溶解等を防いでもよい。

開口部を通して液体とのエネルギー交換を行う機能としては、熱エネルギーを交換して液体の温度を調整することや、運動エネルギーを交換して液体を動かす力を伝えること等が挙げられる。開口部を通して液体の状態制御を行う機能としては、液体の状態を評価した上で、液体の温度を最適値に制御したり、液体の組成を変更したりすること等である。開口部を通して液体吐出ヘッドの状態制御を行う機能としては、液体の状態を評価した上で、液体吐出ヘッドの温度やエネルギー発生素子に与えるエネルギー量を調整すること等が挙げられる。

上記のとおり、本発明の液体吐出ヘッドは、開口部が液体吐出ヘッド構成部材により塞がれている状態で、開口部を通して液体の評価を行う機能や開口部を通して液体とのエネルギー交換を行う機能を有していることが好ましい。また、開口部を通して液体の状態制御を行う機能や、開口部を通して液体吐出ヘッドの状態制御を行う機能を有していることが好ましい。

ここで、図３（Ａ）〜（Ｇ）は、従来の液体吐出ヘッドの一例を、図２と同様に観察した図である。図３に示す従来の液体吐出ヘッドには図２に示す開口部１１が存在しない。そのため、液体吐出ヘッド製造工程における現像、剥離、洗浄、乾燥等の工程において、液体供給路３や液体流路６を含む空間から外部へと連通する開口は、液体吐出口７と液体供給口９のみとなる。液体吐出口７や液体供給口９の開口断面積は、液体供給路や液体流路よりも比較的小さいため、液体供給路３や液体流路６を含む空間からの液体の排出効率が低下し、液体の淀みが発生しやすい。その結果、現像、剥離、洗浄、乾燥等の工程において、残渣等の不良が発生しやすくなる。

一方で、本発明の液体吐出ヘッドは、開口部１１を設けることで、流体に対する抵抗を下げることができる。そして、排出量または排出速度等で示される排出性能が向上し、液体の淀みが改善され、残渣等の原因物が排出されやすくなるため、液体吐出基板を製造する工程において発生する残渣等を低減することができる。その結果、最終的に得られる液体吐出ヘッドの品質や歩留りの向上を可能とする効果が得られる。

なお、残渣の発生要因としては、前記液体供給路３や液体流路６を含む空間に淀んだ液体に溶解した成分等が乾燥時に固化して付着することや、異物が排出されずに残存すること等が考えられる。上記液体に溶解した成分としては、流路壁部材や液体供給口部材、レジスト、その他液体吐出ヘッド製造工程において用いられる材料等が考えられる。異物としては、液体吐出ヘッド製造工程において、外部から液体供給路や液体流路に入り込んだパーティクル等が考えられる。また、異物は、工程中に新たに発生する場合も考えられる。例えば、液体供給路形成工程において液体供給路内に形成された付着物やバリ等が剥がれて異物となる場合がある。

次に、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明する。本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む工程Ａにより液体吐出基板２０を形成する工程並びに、該液体吐出基板２０に接触配置される液体吐出ヘッド構成部材１０を形成する工程Ｂを含む。
（ａ）基板１の第一の面にエネルギー発生素子４を形成する工程。
（ｂ）前記基板１の第一の面上に、前記エネルギー発生素子４上に液体を配置する液体流路６を規定し、該液体流路６に連通して液体が吐出される液体吐出口７を備える流路壁部材２を形成する工程。
（ｃ）前記液体流路６に連通する液体供給路３を形成する工程。
（ｄ）前記液体供給路３に連通し、前記液体供給路よりも液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積が小さい液体供給口９を形成する工程。
また、液体吐出基板を形成する工程Ａにおいて、前記液体吐出口７および前記液体供給路３とは異なる、前記液体流路６に連通する開口部１１を前記液体吐出基板２０に形成する。さらに、液体吐出ヘッド構成部材１０を形成する工程Ｂにおいて、前記液体吐出ヘッド構成部材１０により、前記開口部１１の少なくとも一部を塞ぐことを特徴とする。

上記の各工程は、この順序に限定されるものではなく、必要に応じて適切な順序で行うことができる。例えば、基板１に流路壁部材２を形成する工程Ａ（ｂ）と基板１に液体供給路３を形成する工程Ａ（ｃ）は、いずれの工程が先であってもよい。本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、上記工程に加え、基板１の第一の面に対向する第二の面に液体供給口部材８を形成する工程を含み、工程Ａ（ｄ）において、液体供給口９を該液体供給口部材８に形成してもよい。その場合においても、該工程と上記各工程との順序に制限はない。流路壁部材２を形成した後に液体供給口部材８を形成する場合は、液体供給口部材形成工程における現像、剥離、洗浄、乾燥等の工程において、残渣等の課題が発生しやすい。また、液体供給口部材８を形成した後に流路壁部材２を形成する場合は、流路壁部材形成工程における現像、剥離、洗浄、乾燥等の工程において、残渣等の課題が発生しやすい。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を、図９を用いて具体的に説明する。まず、図９（Ａ）に示すように、表面５側に流路壁部材２とエネルギー発生素子４が形成された基板１を用意し、該基板に液体供給路３を形成する。次に、図９（Ｂ）（Ａ−Ａ'断面図）、および図９（Ｃ）（Ｂ−Ｂ'断面図）に示すように、開口部１１と液体供給口９を有する液体供給口部材８を形成する。続いて、図９（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、液体吐出ヘッド構成部材１０を形成し、開口部１１を塞ぐ。

なお、流路壁部材２やエネルギー発生素子４よりも先に液体供給口部材８を形成してもよい。また、液体供給口部材８を形成する際、流路壁部材へのダメージを低減するために保護膜を形成してもよい。保護膜は樹脂や金属、半導体、絶縁体等で形成すればよい。保護膜は、スピンコートやドライフィルム等で形成してもよく、保護テープ等を貼りつけてもよい。保護膜は、液体吐出口や液体流路や液体供給路に埋め込まれていてもよい。保護膜は複数部材の組み合わせでもよく多層でもよい。保護膜を埋め込む場合は、真空下で行ってもよい。なお、保護膜を用いずに装置側で対応することにより、流路壁部材へのダメージを低減することもできる。

開口部１１を設ける本発明の液体吐出ヘッドを製造する場合、上記液体供給口９を形成する工程において、または、上記液体供給口９を形成する工程の後に、前記液体吐出口７または前記液体供給口から、前記開口部に向かう方向に流体を流すことが好ましい。流体を流すことで、液体供給路３や液体流路６に存在し、液体吐出口や液体供給口よりも大きく開口部よりも小さい異物を外に排出することができ、異物起因の不良を低減する効果が得られる。液体吐出口に流体を触れさせたくない場合においても、液体供給口から開口部に向かう方向に流体を流すことで、液体流路や液体供給路内の異物を排出できる効果が得られる。前記流体は現像、剥離、洗浄のための液体でもよく、乾燥のための気体でもよく、ドライアイス等の気化可能な固体でもよく、これらの混合物でもよい。また、開口部から流体を吸引してもよい。

本発明の液体吐出ヘッドを用いることにより、液体吐出システムを構成することができる。液体吐出システムとは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサや携帯機器等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業装置等を示す。液体吐出する対象物は２次元的な構造体でもよく、３次元的な構造体でもよく、空間に対して吐出してもよい。また、かかる液体吐出システムは半導体製造装置や医療用装置や３Ｄプリンタ等の造形装置に応用することもできる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図９（Ａ）に示すように、基板１の第一の面５上にＴａＳｉＮからなる抵抗材料を含むエネルギー発生素子４と、基板１の第一の面から第二の面１２に貫通する液体供給路３とを備える基板１と、液体流路６と液体吐出口７を有する流路壁部材２が基板１の第一の面上に形成された部材を用意した。基板１としてはシリコン基板を用いた。流路壁部材２は、ネガ型感光性樹脂（商品名；ＥＨＰＥ−３１５０、株式会社ダイセル製）を用いて、液体流路６及び液体吐出口７をフォトリソグラフィー等で形成した。
次に、図９（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、液体供給口部材８を形成した。まず、流路壁部材２を保護するための保護テープ（不図示）を形成した。そして基板１の第二の面に、前記ネガ型感光性樹脂として用いた材料をドライフィルムにして貼り合わせた。さらにステッパー（商品名；ＦＰＡ−３０００ｉ５＋、キヤノン株式会社製）で露光した後、保護テープを剥離し、現像することで液体供給口部材８の形状とした。この際、露光マスクによって、液体供給口９と開口部１１を異なるサイズに作り分け、開口部の開口断面積が液体供給口の開口断面積よりも大きくなるように形成した。続いて、洗浄液を含む洗浄槽内に部材を浸漬して洗浄液を部材の空間内に充填し、超音波を用いた洗浄を行い、その後乾燥を行った。さらに、オーブンで２００℃のベークを行うことでネガ型感光性樹脂の硬化を進め、液体吐出基板２０を形成した。
次に、図９（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、成型したモールド部品である液体吐出ヘッド構成部材１０と形成した液体吐出基板２０とを接合（接触配置）することによって、開口部１１を液体吐出ヘッド構成部材１０によって塞ぎ、液体吐出ヘッドを形成した。

＜比較例＞
比較例を図３及び図１０として示した。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）は、図３のＡ−Ａ’断面、図１０（Ｃ）、（Ｅ）は図３のＢ−Ｂ’断面に相当する。比較例では、図９（Ｃ）における開口部１１を設けず、液体吐出ヘッド構成部材１０の流路１３が連続して形成されている以外は、実施例１と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。

実施例１および比較例で得られた液体吐出ヘッドについて、金属顕微鏡（オリンパス製、ＡＬ１１００）を用いた外観検査により、残渣発生の有無を評価した。その結果、比較例においては残渣が発生していたのに対し、実施例においては、残渣の発生が見られなかった。

以上の結果から、開口部を有する本発明の液体吐出ヘッドを用いることにより、現像、洗浄、乾燥の工程における残渣の発生を抑制できることが分かった。

１０ 液体吐出ヘッド構成部材
１１ 開口部
１２ 裏面
１３ 流路
２０ 液体吐出基板
１ 基板
２ 流路壁部材
３ 液体供給路
４ エネルギー発生素子
５ 表面
６ 液体流路
７ 液体吐出口
８ 液体供給口部材
９ 液体供給口

Claims (20)

1. 基板と、
   該基板の第一の面に設けたエネルギー発生素子と、
   該エネルギー発生素子上に液体を配置する液体流路を規定し、該液体流路に連通して液体が吐出される液体吐出口を備える流路壁部材と、
   前記液体流路に連通する液体供給路と、
   前記液体供給路に連通し、前記液体供給路よりも液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積が小さい液体供給口と、
   を備えた液体吐出基板、
   並びに、前記液体吐出基板に接触配置される液体吐出ヘッド構成部材、
   を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記液体吐出基板は、前記液体吐出口および前記液体供給路とは異なる、前記液体流路に連通する開口部を有し、該開口部の少なくとも一部は、前記液体吐出ヘッド構成部材により塞がれていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記液体供給路は、前記基板の第一の面から対向する第二の面に貫通する貫通孔に含まれ、前記開口部が前記第二の面に形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. １つの前記液体供給路に対して、少なくとも１つの前記開口部と、少なくとも１つの前記液体供給口とが接する、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 少なくとも１つの前記開口部が、該開口部と連通する前記液体供給路の開口端に配置されている、請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記液体供給口が、前記貫通孔の一部として前記基板の第二の面側に形成されている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第二の面に、さらに液体供給口部材が形成され、前記液体供給口が該液体供給口部材に形成されている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記液体供給口部材が感光性樹脂で形成される、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記開口部が前記流路壁部材に形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
9. 単一の前記開口部の液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積が、単一の前記液体供給口の液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積よりも大きい、請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記開口部に前記液体吐出ヘッド構成部材の一部が入り込む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記液体が、前記液体供給口を貫通して流れ、前記開口部を貫通して流れない、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記開口部が前記液体吐出ヘッド構成部材により塞がれている状態で、前記開口部を通して前記液体の評価を行う機能、前記液体とのエネルギー交換を行う機能、前記液体の状態制御を行う機能、および、前記液体吐出ヘッドの状態制御を行う機能のうちの１つ以上の機能を有する、請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
13. 基板の第一の面に、エネルギー発生素子を形成する工程と、
    前記基板の第一の面上に、前記エネルギー発生素子上に液体を配置する液体流路を規定し、該液体流路に連通して液体が吐出される液体吐出口を備える流路壁部材を形成する工程と、
    前記液体流路に連通する液体供給路を形成する工程と、
    前記液体供給路に連通し、前記液体供給路よりも液体の流動方向に垂直な方向の開口断面積が小さい液体供給口を形成する工程と、
    を含む工程により液体吐出基板を形成する工程、並びに、
    前記液体吐出基板に接触配置される液体吐出ヘッド構成部材を形成する工程と、
    を含む液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記液体吐出基板を形成する工程において、前記液体吐出口および前記液体供給路とは異なる、前記液体流路に連通する開口部を前記液体吐出基板に形成し、かつ、
    前記液体吐出ヘッド構成部材を形成する工程において、前記液体吐出ヘッド構成部材により、前記開口部の少なくとも一部を塞ぐことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
14. 前記液体供給路は、前記基板の第一の面から対向する第二の面に貫通する貫通孔の少なくとも一部として形成されており、前記開口部を前記液体供給路に連通して前記基板の第二の面に形成する、請求項１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 前記液体供給口を形成する工程において、該液体供給口を、前記基板の第二の面に前記貫通孔の一部として形成する、請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
16. さらに、前記第二の面に液体供給口部材を形成する工程を含み、前記液体供給口を該液体供給口部材に形成する、請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
17. 前記液体供給口部材に前記開口部を形成する請求項１６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
18. 前記流路壁部材に前記開口部を形成する請求項１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
19. 前記液体供給口を形成する工程に、または、前記液体供給口を形成する工程の後に、前記液体吐出口もしくは前記液体供給口から、前記開口部に向かう方向に流体を流す工程を含む、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
20. 前記液体吐出基板を形成する工程において、前記液体供給口部材と、前記エネルギー発生素子および前記液体流路が形成された基板とを接合した後に、前記液体供給口部材を加工して前記液体供給口、又は前記液体供給口および前記開口部を形成する、請求項１６または１７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。