JP2021194836A - 液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出口面の剛性を維持しつつ液体のリフィール不足を抑制することができる液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】突出量を少なくした梁状突起００９をオリフィスプレート００６に設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

特許文献１には、シリコン基板のインク供給路の上部に形成されている吐出口オリフィスプレートに梁状突起を形成することで部分的に厚みを増して、脆弱な吐出口面の剛性を強化したインクジェット記録ヘッドが開示されている。

特開２００７−２８３５０１号公報

特許文献１に記載されているように、梁状突起が形成されることで、インク供給路から吐出口につながる流路が絞られてインク供給時に流抵抗が高くなる。この結果、吐出口へのインクの供給に時間を要することから、リフィールが不足するという課題がある。

よって本発明は、吐出口面の剛性を維持しつつ液体のリフィール不足を抑制することができる液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

そのため本発明の吐出装置は、液体を吐出する複数の吐出口を有したプレート部材と、前記プレート部材を支持し、液体を前記吐出口に液体を供給する供給路を有したシリコン基板と、前記プレート部材の厚みを増すことで前記供給路の開口に向けて突出した梁状突起と、を有した複数の液体吐出ヘッド、を備えた液体吐装置であって、複数の前記液体吐出ヘッドにおける前記梁状突起は、前記液体吐出ヘッド毎に突出量が異なることを特徴とする。

本発明によれば、液体のリフィール不足の発生を抑制することができる液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

本発明を適用可能な液体吐出ヘッドを示した図である。 液体吐出ヘッドを供給路の側から見た平面図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 液体吐出ヘッドを示した断面図である。 液体吐出ヘッドを供給路の側から見た平面図である 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 液体吐出ヘッドを示した断面図である。 液体吐出ヘッドを供給路の側から見た平面図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を順に示した図である。 シリコン梁の形成方法を示した図である。 シリコン梁と梁状突起とを示した図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明を適用可能な液体吐出ヘッド１００を示した図である。図１（ａ）は、斜視図であり図１（ｂ）、（ｃ）は、断面図である。液体吐出ヘッド１００は、シリコン基板００１上面に、液体（以下、インクともいう）を吐出する複数の吐出口００８と、吐出口００８と連通して形成された発泡室０１２と、が形成されたプレート部材であるオリフィスプレート００６を備えている。液体吐出ヘッド１００では、複数の吐出口００８は列を成して設けられており、２列の吐出口列を形成している。なお、図１（ａ）、（ｂ）では１個の液体吐出ヘッド１００を示しているが、実際には使用するインクの色の数と対応して液体吐出ヘッド１００が設けられている。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂにおける断面図である。オリフィスプレート００６を支持するシリコン基板００１には、シリコン基板００１を貫通するように形成され、オリフィスプレート００６の吐出口００８にインクを供給可能な供給路０１１が設けられている。また、吐出口００８と対向する位置のシリコン基板００１上には、不図示の電気配線と接続された発熱素子００３が形成されている。供給路０１１から供給されたインクは、オリフィスプレート００６の発泡室０１２に入り、発熱素子００３によって加熱され、その際に生じる発泡作用によって、吐出口００８からインクを吐出する。

本実施形態のオリフィスプレート００６には、オリフィスプレート００６の強度を増すための梁状突起００９が形成されている。梁状突起００９は、２列の吐出口列の間に設けられており、吐出口列に沿って延在して設けられている。また、梁状突起００９は、図１（ｂ）、（ｃ）のように、供給路０１１と対向して設けられている。しかし、梁状突起００９の供給路０１１に向かう突出は、シリコン基板００１における供給路０１１の開口部０１０までは到達しておらず、供給路０１１と発泡室０１２との間の開口部０１０で十分な流路幅が確保されている。そのため、梁状突起００９が設けられていても、インク供給時に流抵抗が高くなるのを抑制し、吐出時にインクのリフィールが不足するのを抑制することができる。

前述したように液体吐出ヘッド１００は、図１（ｃ）のように使用するインクの色の数と対応して設けられている。本実施形態では、液体吐出ヘッド１００における梁状突起００９は、液体吐出ヘッド毎にインクの種類（粘度等）に基づいて突出量を異ならせている。つまり、インクの粘度が高い場合には、梁状突起００９の突出量を低くして、供給路０１１と発泡室０１２との間の開口部０１０で流路幅を広くする。また、インクの粘度が低い場合には、梁状突起００９の突出量を高くして、供給路０１１と発泡室０１２との間の開口部０１０で流路幅を狭くする。これによって、インクの種類（粘度）が異なる場合でも、流抵抗を同じにして吐出時のインクのリフィールに差が生じなくすることができ、良好な吐出を行うことができる。図１（ｃ）では、液体吐出ヘッド１０１の梁状突起００９の突出量が最も少なく、次に、液体吐出ヘッド１０３の梁状突起００９の突出量が少なく、液体吐出ヘッド１０２の梁状突起００９の突出量が最も多くなっている。つまり、液体吐出ヘッド１０１に対応するインクの粘度を高くし、液体吐出ヘッド１０２に対応するインクの粘度を低くすることで良好な吐出を行うことができる。このように、インクの粘度に基づいて、梁状突起００９の突出量を決定する。

図２は、本実施形態の液体吐出ヘッド１００を供給路０１１の側から見た平面図である。梁状突起００９は、図２のように吐出口００８の列に沿って延在するように設けられている。

図３から図５は、液体吐出ヘッド１００の製造工程を順に示した図である。図番は異なるが図３から図５は、液体吐出ヘッド１００の一連の製造工程を示している。以下、図３から図５を参照して、本実施形態の液体吐出ヘッド１００の製造工程を、具体例を交えつつ説明する。

図３（ａ）では、準備されたシリコン基板００１上に、発熱素子００３と保護膜００４と、オリフィスプレートとの密着を向上させる密着向上層００５とを形成し、シリコン基板００１の裏側にインク供給路のパターニングマスク用の熱酸化膜００２を形成する。

図３（ｂ）では、フォトリソグラフィー技術により、密着向上層００５のパターンと、熱酸化膜００２のパターンとを形成することで、密着向上層００５と熱酸化膜００２とをエッチングして、熱酸化膜００２には供給路を開口するための開口部を形成する。

図３（ｃ）では、インク流路を形成するための第一型材０１３（東京応化工業製のＯＤＵＲ１０１０Ａ）を塗布し、ウシオ電機社製の露光装置ＵＸ−３０００を用いて露光用マスク０１４を通して、２３Ｊ/ｃｍ²以上の紫外線を照射する。

図３（ｄ）では、図３（ｃ）の状態から林純薬工業製ＭＰ５０５０現像液に所定時間浸漬させて、第一型材０１３の未露光部を溶かすことで第一型材０１３が２列形成され、第一型材０１３の間に梁状突起００９を形成するスペース０１７を設ける。

図４（ａ）では、スペース０１７に、エアーディスペンスノズル０２２を用いて、第二型材０１５を塗布する。この時、図１（ｃ）のように複数の色のインクを吐出する基板の場合、各インクの組成に適した流抵抗となる梁状突起００９を作るために、第二型材０１５の塗布量を調整することで梁状突起００９の突出量を変化させる。

第二型材０１５の形成では、第一型材０１３を変形させないこと、安定した吐出量を制御できることの他、次工程で容易に除去が可能なことが求められるためＰＶＡ水溶液を用いる。ＰＶＡ水溶液の塗布には、外形６０μｍ以下の微細なエアーディスペンスノズル０２２の場合、その内径は４０μｍ以下となる為、安定した塗布が行える２５ｗｔ％以下の固形分濃度のＰＶＡ水溶液を選択した。

図４（ｂ）では、第一型材０１３及び第二型材０１５上にＡＤＥＫＡ製の樹脂と撥水層００７とを塗布し、キヤノン製の露光装置ＦＰＡ―３０００ｉ５＋を用い、露光マスク０２０を通して２５００Ｊ／ｍ²以上の露光量を照射する。ここで塗布する樹脂は、オリフィスプレート００６の基となる。

図４（ｃ）では、東京応化工業製ＯＤＵＲ１０１０Ｃ現像液を用いてインク吐出口００８の形成及びに不要な部分の樹脂を現像する。これによってオリフィスプレート００６が完成する。

図４（ｄ）では、インク供給路形成プロセスで用いられる強アルカリエッチング液に浸漬するために、予めオリフィスプレート００６及び撥水層００７にダメージを与えないように耐アルカリマスク材０１６を塗布する。

図５（ａ）では、８３℃のＴＭＡＨ水溶液、濃度２２％の液中に６時間から１０時間浸漬して、異方性エッチングを施し、シリコン基板００１に貫通した供給路０１１を形成する。

図５（ｂ）では、貫通したシリコン基板００１の上面に位置する保護膜００４をウェットエッチングし、第二型材０１５を露出させる。

図５（ｃ）では、６０℃の温水に所定の時間浸漬させて、供給路０１１側から第二型材０１５を除去する。これにより梁状突起００９が露出する。

図５（ｄ）では、不要となった耐アルカリマスク材０１６を、キシレンに所定の時間浸漬して除去する。

図５（ｅ）では、第一型材０１３を溶解除去する。これによって、発泡室０１２に連通するインク流路が完成する。これにより、梁状突起００９のクリアランスが広く、流抵抗を下げてインクのリフィールを低下させない本発明のインクジェット記録用基板が完成する。

なお、本実施形態では、梁状突起００９の突出量は、梁状突起００９が延在する方向に一様である例を説明したが、第二型材０１５の塗布量を調整して、梁状突起００９が延在する方向に突出量が部分的に異なる、梁状突起を形成してもよい。

このように、突出量を少なくした梁状突起００９をオリフィスプレート００６に設ける。これによって、吐出口面の剛性を維持しつつ液体のリフィール不足の発生を抑制することができる液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。

本実施形態の液体吐出ヘッド２００は、第１の実施形態と同様に突出量を低くした梁状突起００９を備えている。更に液体吐出ヘッド２００は、梁状突起００９と供給路０１１との間に、網状のフィルタ０１８を備えている。このように、梁状突起００９と供給路０１１との間にフィルタ０１８を備えていることで、梁状突起００９の突出量が低くなったことで広がった流路を介して発泡室０１２へのゴミの流入を抑制することができる。

図６は、本発明を適用可能な液体吐出ヘッド２００を示した断面図である。前述のように本実施形態の液体吐出ヘッド２００は、梁状突起００９と供給路０１１との間にフィルタ０１８を備えている。供給路０１１から供給されたインクは、フィルタ０１８を介して発泡室０１２に入ることから、インクにゴミが混入していても、ゴミはフィルタ０１８によって捕捉され発泡室０１２に入ることがない。これによって、ゴミによる吐出口００８の詰まりの発生を抑制することができる。

図７は、本実施形態の液体吐出ヘッド２００を供給路０１１の側から見た平面図である。第１の実施形態と同様に梁状突起００９は、吐出口００８の列に沿って延在するように設けられている。また、梁状突起００９と対向してフィルタ０１８が設けられている。

図８、図９、図１０は、液体吐出ヘッド２００の製造工程を順に示した図である。図番は異なるが、これらの図は、液体吐出ヘッド２００の一連の製造工程を示している。以下、本実施形態の液体吐出ヘッド２００の製造工程を説明する。

図８（ａ）では、シリコン基板００１上に、発熱素子００３と保護膜００４と、オリフィスプレートとの密着を向上させる密着向上層００５とを形成し、シリコン基板００１の裏側にインク供給路のパターニングマスク用の熱酸化膜００２を形成する。

図８（ｂ）では、フォトリソグラフィー技術により、密着向上層００５のパターンと、熱酸化膜００２のパターンとを形成することで、密着向上層００５と熱酸化膜００２とをエッチングする。このエッチングによって、密着向上層００５を利用してフィルタ０１８を形成し、熱酸化膜００２には供給路を開口するための開口部を形成する。以下の工程は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

このように、突出量を少なくした梁状突起００９をオリフィスプレート００６に設け、フィルタ０１８を梁状突起００９と供給路０１１との間に設ける。これによって、吐出口面の剛性を維持しつつ液体のリフィール不足の発生を抑制することができ、更に吐出口００８の詰まりの発生を抑制する液体吐出装置および液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。

本実施形態の液体吐出ヘッド３００は、第１の実施形態と同様に突出量を低くした梁状突起００９を備えている。更に液体吐出ヘッド３００は、供給路０１１の発泡室０１２へと繋がる開口部にシリコン梁０１９を備えている。このように、供給路０１１の開口部にシリコン梁０１９を設けることで、梁状突起００９の突出量を低くしたことによるオリフィスプレート００６の剛性の低下によって、低下した液体吐出ヘッド３００の剛性をシリコン梁０１９で補うことができる。

図１１は、本発明を適用可能な液体吐出ヘッド３００を示した断面図である。前述のように本実施形態の液体吐出ヘッド３００は、供給路０１１の発泡室０１２へと繋がる開口部にシリコン梁０１９を備えている。梁状突起００９の突出量が低くなったことにより、梁状突起００９の突出量を低くしない場合と比較して、オリフィスプレート００６の剛性は低下する。オリフィスプレート００６の剛性の低下に伴い液体吐出ヘッド３００自体の剛性も低下することになる。しかし、本実施形態のようにシリコン梁０１９を設けることで、シリコン基板００１の剛性を高め、オリフィスプレート００６の剛性の低下を補うことで、液体吐出ヘッド３００の剛性の低下を抑制することができる。

図１２は、本実施形態の液体吐出ヘッド３００を供給路０１１の側から見た平面図である。第１の実施形態と同様に梁状突起００９は、吐出口００８の列に沿って延在するように設けられている。また、梁状突起００９と対向して交差するように３つのシリコン梁０１９が設けられている。なお、シリコン梁の数は３つに限定するものでなく、液体吐出ヘッドの大きさや、インクの流量を考慮して設定すればよい。

図１３から図１５は、液体吐出ヘッド３００の製造工程を順に示した図である。図番は異なるが図１３から図１５は、液体吐出ヘッド３００の一連の製造工程を示している。以下、本実施形態の液体吐出ヘッド３００の製造工程を説明する。

図１３、図１４の工程については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。図１５（ａ）では、８３℃のＴＭＡＨ水溶液、濃度２２％の液中に６時間から１０時間浸漬して異方性エッチングを施し、シリコン基板００１に貫通した供給路０１１、および供給路０１１内にシリコン梁０１９を形成する。

ここで、シリコン梁の形成方法は、前述したＴＭＡＨ水溶液に浸漬する前に、図１６のようにシリコン基板００１の裏面側からレーザーによって開ける穴０２１の深さを浅くすることによってシリコンが残り梁と形成される。

その後、図１５（ｂ）では、貫通したシリコン基板００１の上面に位置する保護膜００４をウェットエッチングし、インク流路の第二型材０１５を露出させる。

図１５（ｃ）では、６０℃の温水に所定の時間浸漬させて、供給路０１１側から第二型材０１５を除去し、シリコン梁０１９と梁状突起００９との間にインクの流路を形成する。図１５（ｄ）では、不要となった耐アルカリマスク材０１６を、キシレンに所定の時間浸漬して除去し、図１５（ｅ）では、第一型材０１３を溶解除去して、シリコン梁０１７と梁状突起のクリアランス０１２とインクの発泡室０１２に連通するインク流路を形成する。これにより、剛性の低下および流抵抗が高くなるのを抑制し、インクのリフィール不足を抑制することができる液体吐出ヘッドを製造することができる。

なお、単一インク供給路内で第二型材０１５の塗布量を調整することで、図１７のようにシリコン梁０１９毎に梁状突起００９とのクリアランスを変えてもよい。

００１ シリコン基板
００６ オリフィスプレート
００８ 吐出口
００９ 梁状突起
０１１ 供給路
０１９ シリコン梁
１００ 液体吐出ヘッド
２００ 液体吐出ヘッド
３００ 液体吐出ヘッド

Claims (7)

1. 液体を吐出する複数の吐出口を有したプレート部材と、前記プレート部材を支持し、液体を前記吐出口に液体を供給する供給路を有したシリコン基板と、前記プレート部材の厚みを増すことで前記供給路の開口に向けて突出した梁状突起と、を有した複数の液体吐出ヘッド、
   を備えた液体吐装置であって、
   複数の前記液体吐出ヘッドにおける前記梁状突起は、前記液体吐出ヘッド毎に突出量が異なることを特徴とする液体吐出装置。
2. 複数の前記吐出口は列を成して設けられ、
   前記梁状突起は、前記列に沿って設けられている請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記供給路と前記梁状突起との間に、網状のフィルタを備えている請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. 前記梁状突起と対向する前記供給路の開口に、梁を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. 前記梁は、複数の梁である請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 前記梁状突起における前記梁と対向する部分は、前記突出量が少ない請求項４または５に記載の液体吐出装置。
7. 液体を吐出する複数の吐出口を有したプレート部材を準備する工程と、
   前記プレート部材を支持し、液体を前記吐出口に液体を供給する供給路を有したシリコン基板を準備する工程と、
   前記プレート部材に、前記プレート部材の厚みを増すことで前記供給路の開口に向けて突出した梁状突起を設ける工程と、を有した液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記梁状突起は、液体の粘度に基づいて突出量を決定し形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

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