JP2022075335A - Liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid discharge head.
紙等の記録媒体に液体を吐出して記録を行う液体吐出装置(記録装置)として、例えば、インクジェットプリンターが挙げられる。インクジェットプリンターは、液体(インク)を吐出する部分である液体吐出ヘッドを備えている。液体吐出ヘッドは一般的に、液体を吐出する複数の吐出口が形成されている吐出口形成部材と、吐出口に液体を供給するための液体供給口が形成された基板と、を有する記録素子基板を備えている。 An inkjet printer is mentioned as an example of a liquid ejection device (recording apparatus) that ejects a liquid onto a recording medium such as paper to perform recording. The inkjet printer includes a liquid ejection head which is a portion for ejecting a liquid (ink). A liquid discharge head is generally a recording element having a discharge port forming member in which a plurality of discharge ports for discharging liquid are formed, and a substrate in which a liquid supply port for supplying liquid to the discharge port is formed. It has a board.
特許文献1には、図8に示すような、複数の液体供給口が個別に独立して基板に形成されている記録素子基板が開示されている。図8(a)は、基板1の主面20と対向する位置から基板を見た際の平面図であり、図8(b)は、図8(a)に示すA-A´断面における断面図である。液体は、液体(インク)を収容するインクタンクから液体供給口7を介して吐出口5に供給される。
記録パターン(印字パターン)によっては、ある特定の吐出口から多量の液体を吐出することがある。この場合に、図8に示すような複数の液体供給口が互いに独立して形成されている構成であると、その特定の吐出口に連通する液体供給口からより多くの液体が消費される。これにより、その液体供給口と接続されているインクタンク内の液体が他のインクタンクと比べて早期にインクを使い切ってしまう。そのため、他のインクタンクには液体が十分に充填されているのにもかかわらず、特定の吐出口からは液体を吐出することができないがために、液体吐出ヘッド自体を新規なものと交換しなければならない場合がある。 Depending on the recording pattern (printing pattern), a large amount of liquid may be discharged from a specific discharge port. In this case, if a plurality of liquid supply ports as shown in FIG. 8 are formed independently of each other, more liquid is consumed from the liquid supply port communicating with the specific discharge port. As a result, the liquid in the ink tank connected to the liquid supply port runs out of ink earlier than other ink tanks. Therefore, even though the other ink tanks are sufficiently filled with liquid, the liquid cannot be discharged from a specific ejection port, so the liquid ejection head itself is replaced with a new one. You may have to.
そこで、図9に示すような、複数の液体供給口7を連通させる構成が考えられる。図9(a)は、図8(a)に対応する平面図、図9(b)は、図9(a)に示すA-A´断面における断面図である。図9(b)に示すように、複数の液体供給口7が互いに連通している。液体供給口間のこの連通は、基板1の長手方向(Y方向)にわたって生じている。複数の液体供給口7を互いに連通させることにより、特定の吐出口からの液体の消費が激しかったとしても、他の液体供給口7からも液体を供給することができる。このため、特定のインクタンクのみ液体の消費が激しくなるような場合を回避することが可能となる。しかしながら、図9に示す構成においては、複数の液体供給口7を互いに連通させるために、液体供給口間に形成されている隔壁19をエッチング等で削り、除去しているため、基板1の強度が低下する。基板1の強度が低下すると、基板1に外力13等が加わった際に、基板1にクラック(割れ)12が発生する場合がある。
Therefore, a configuration in which a plurality of
そこで、本発明は上記課題を鑑み、液体供給口間の液体の消費量の偏りを抑制しつつ、基板の強度を確保することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a liquid discharge head capable of ensuring the strength of the substrate while suppressing the bias of the liquid consumption between the liquid supply ports.
上記課題を解決するために本発明は、液体を吐出する吐出口を形成する吐出口形成部材と、前記吐出口形成部材の前記吐出口に液体を供給するための複数の液体供給口と、前記複数の液体供給口間に形成されている隔壁と、を有する基板と、前記基板を支持する支持部材と、を備える液体吐出ヘッドにおいて、前記基板の主面と対向する位置からみたときに、前記液体供給口は、前記基板の長手方向に沿って延在しており、前記基板の主面と対向する位置からみたときに、前記複数の液体供給口は、前記基板の短手方向に沿って配列しており、前記隔壁の少なくとも一部は、前記支持部材と当接しない非当接部分となっており、前記複数の液体供給口のうち互いに隣接して形成されている液体供給口間が、前記非当接部分と前記支持部材との隙間により連通しており、前記液体供給口の前記短手方向における断面をみたときに、前記液体供給口のいずれの箇所における開口幅も該液体供給口の前記支持部材側の開口幅以下であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a discharge port forming member that forms a discharge port for discharging a liquid, a plurality of liquid supply ports for supplying liquid to the discharge port of the discharge port forming member, and the above. A liquid discharge head including a substrate having a partition wall formed between a plurality of liquid supply ports and a support member for supporting the substrate, when viewed from a position facing the main surface of the substrate. The liquid supply port extends along the longitudinal direction of the substrate, and when viewed from a position facing the main surface of the substrate, the plurality of liquid supply ports extend along the lateral direction of the substrate. At least a part of the partition wall is a non-contact portion that does not abut on the support member, and the liquid supply ports formed adjacent to each other among the plurality of liquid supply ports are located between the liquid supply ports. , The non-contact portion and the support member communicate with each other, and when the cross section of the liquid supply port in the lateral direction is viewed, the opening width at any of the liquid supply ports is also the liquid supply. It is characterized in that it is equal to or less than the opening width of the mouth on the support member side.
本発明によれば、液体供給口間の液体の消費量の偏りを抑制しつつ、基板の強度を確保することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。 According to an object of the present invention, it is an object of the present invention to provide a liquid discharge head capable of ensuring the strength of a substrate while suppressing a bias in the amount of liquid consumed between liquid supply ports.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(第1の実施形態)
第1の実施形態について、図1ないし図4を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の液体吐出ヘッド16を示す斜視図である。図1に示すように、液体吐出ヘッド16は、液体を吐出する吐出口5(図2)を有する記録素子基板15と、フレキシブル配線基板17と、吐出口5に供給するインクを収容している筐体18と、から主に構成されている。フレキシブル配線基板17は、記録素子基板15に電力を供給するための配線を有している。筐体18は、記録素子基板15を支持する部材でもあるので、以下の記載で支持部材と表記する場合もある。
(First Embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a perspective view showing the
図2は、記録素子基板15を示す斜視図である。記録素子基板15には、吐出口5から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子14が所定のピッチで形成されている。また、基板1には、筐体18からの液体を吐出口5に供給するための液体供給口7が複数形成されている。基板1は、例えばシリコンで形成する。特にシリコンの単結晶基板であることが好ましい。基板1上には、吐出口形成部材4によって、各エネルギー発生素子14に対応した吐出口5が形成されている。吐出口形成部材4は、構造材料としての高い機械的強度、下地との密着性、耐インク性、更には吐出口5としての微細なパターンをパターニングするための解像性が求められるものであることが好ましい。これらの特性を満足する材料としては、例えばカチオン重合型のエポキシ樹脂組成物が挙げられる。エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの反応物や、含ブロモビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの反応物が挙げられる。また、フェノールノボラック或いはo-クレゾールノボラックとエピクロルヒドリンとの反応物が挙げられる。エポキシ樹脂は、エポキシ当量が2000以下であることが好ましく、エポキシ当量が1000以下であることがより好ましい。
FIG. 2 is a perspective view showing the
エポキシ樹脂を硬化させるための光カチオン重合開始剤としては、光照射により酸を発生する化合物が挙げられる。例えば、芳香族スルフォニウム塩や芳香族ヨードニウム塩が挙げられる。また、必要に応じて、波長増感剤を添加してもよい。波長増感剤としては、例えばADEKA(株)より市販されているSP-100が挙げられる。 Examples of the photocationic polymerization initiator for curing the epoxy resin include compounds that generate an acid by light irradiation. For example, aromatic sulfonium salt and aromatic iodinenium salt can be mentioned. Further, a wavelength sensitizer may be added if necessary. Examples of the wavelength sensitizer include SP-100 commercially available from ADEKA CORPORATION.
吐出口形成部材4は、このような樹脂で製造する以外にも、例えばシリコン基板や金属層、SiN等の無機膜で形成することもできる。
In addition to being manufactured of such a resin, the discharge
図3(a)は、記録素子基板15を基板1側から見た平面図である。図3(b)は、図3(a)に示すA-A´断面における断面図である。図3(a)に示すように、複数の液体供給口が基板1の短手方向(X方向)に沿って配列しており、液体供給口間には、隔壁19が形成されている。この隔壁19は、基板の一部である。図3(b)に示す断面においては、隔壁19の一部が除去されていることにより、液体供給口間は、互いに連通している。即ち、基板1の主面20と対向する位置からみたときに、液体供給口7は、基板1の長手方向(Y方向)に延在して、隔壁19の少なくとも一部は、支持部材18とは当接しない部分である非当接部分19aとなっている。図3においては、隔壁19の全部が非当接部分19aとなっている例を示している。したがって、図3においては、液体供給口間のこの連通は、基板1の長手方向(Y方向)にわたって生じている。
FIG. 3A is a plan view of the
隔壁19の非当接部分19aと、支持部材18との間には、隙間2が生じる。この隙間2は液体が流動することができるため、例えば、図3に示す左端に位置する液体供給口7と連通する吐出口から多量の液体が吐出されたとしても、真ん中または右端に位置する液体供給口7の液体が左端の液体供給口7に流れ込む。これにより、ある特定の吐出口からのみ多量の液体が消費されたとしても、そのほかの液体供給口からインクが供給されるようになるため、特定の吐出口だけ早期に液体の供給が困難になることを抑制することができる。そして、図3(b)に示すように、液体供給口7の短手方向(X方向)における断面をみたときに、液体供給口7のいずれの箇所における開口幅dも、該液体供給口7の支持部材側の開口幅以下(d1以下)となっている。液体供給口7がこのような条件を満たす形状となっていることにより、比較例の図9に示す基板1よりもより多くの部分が残っている基板1とすることができ、基板1の剛性を確保することができるようになる。したがって、記録素子基板15の変形を抑制することができる。
A
次に、本実施形態の記録素子基板15の製造方法について、図4を参照しながら説明する。図4は、記録素子基板15の製造方法の各工程を示す概略図であり、各工程における図3に示すA-A´断面を示す。まず、図4(a)に示すように、表面に密着向上層3および流路形成部材10、裏面にマスク層9であるポリエーテルアミド樹脂が形成された、シリコンの単結晶基板である基板1を用意した。この際、マスク層9の液体供給口7開口部の寸法については、基板1の短手方向(X方向)の寸法を750um、長手方向(Y方向)の寸法を9000umとした。非当接部分の長手方向の寸法については400um、当接部分の長手方向の寸法については600umとした。隣接する液体供給口間を短手方向に連通させる非当接部分については、図4(a)に示すように、隣接する液体供給口間にはマスク層9を形成しない。
Next, a method of manufacturing the
次に、図4(b)に示すように、流路形成部材10上に、カチオン重合型のエポキシ樹脂で、吐出口形成部材4を形成した。その後、液体供給口を形成するために、YAGレーザーの3倍波(THG:波長355nm)のレーザー光を用いて、未貫通孔11を基板1に形成した。
Next, as shown in FIG. 4B, the discharge
次に、図4(c)に示すように、基板1の裏面から異方性エッチングを行う。異方性エッチングに用いるエッチング液には、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を用い、液温80℃、エッチング時間8.5hrでエッチングをした。このエッチングにより、互いの液体供給口7が連通している液体供給口7を形成した。エッチング液が基板1の裏面側に形成された複数の未貫通孔11内部へと入り、エッチングが進行することで、エッチングマスク層9が形成されていない開口部及び、隣接する液体供給口7の隔壁の一部がエッチングされる。基板表面にエッチングが進行していくと液体供給口7内も横方向に広がって所望の開口となる。
Next, as shown in FIG. 4C, anisotropic etching is performed from the back surface of the
次に、図4(d)に示すように、基板1裏面のマスク層9と基板1表面の流路形成部材10を除去した。そして、最後に、基板1をダイシング等で切断分離して記録素子基板15を形成し、電気配線の接続や支持部材18に記録素子基板15を接合することによって、液体吐出ヘッド16が完成した。
Next, as shown in FIG. 4D, the mask layer 9 on the back surface of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態について、図5を参照しながら説明する。なお、第1の実施形態と同様の箇所については同一の符号を付し、説明は省略する。図5は、本実施形態における記録素子基板15を示す。図5(a)は、基板1の裏面側から見た平面図である。図5(b)は、図5(a)に示すA-A´断面における断面図である。図5(c)は、図5(a)に示すB-B´断面における断面図である。本実施形態においては、図5に示すように、隔壁19が、支持部材18と当接しない非当接部分19aと、支持部材18と当接する当接部分19bと、を有する。即ち、本実施形態においては、隔壁19の一部分のみが非当接部分19aとなっている。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. FIG. 5 shows the
隔壁19が支持部材18と当接する当接部分19bを有することにより、この当接部分19bでは支持部材18と基板1が接着剤により接合されており、基板1の強度を確保することができる。これにより、記録素子基板15の変形を抑制することができる。さらには、当接部分19bが形成されていることにより、基板1をより多く残すことができるため、基板1の剛性を保つことができる。したがって、本実施形態によれば、非当接部分19aと支持部材18との隙間2を液体が流動することにより液体供給口間の液体の消費量の偏りを抑制しつつ、基板の強度をより確保することができる。
Since the
また、基板1の短手方向(X方向)において、非当接部分19aと隣接する位置に形成されている液体供給口7の基板厚み方向における中央部の開口幅をbとする。そして、当接部分19bと隣接する位置に形成されている液体供給口7の基板厚み方向における中央部の開口幅をaとする。この場合に、a<bの関係性になるように、液体供給口7を形成することが好ましい。非当接部分19a支持部材18との隙間2は微小空間であるため、液体供給口7よりも流体の抵抗が大きい。そのため、液体の消費量が大きい液体供給口7へ他の液体供給口から円滑に液体を供給することが困難になる場合もある。そこで、図5(b)および(c)に示すように、隙間2に隣接する部分の液体供給口については、上述したa<bの関係性を満たすように形成することが好ましい。これにより、より円滑に液体供給口間を液体が流動することができるようになる。
Further, in the lateral direction (X direction) of the
(第3の実施形態)
第3の実施形態について、図6および図7を参照しながら説明する。図6は、本実施形態における記録素子基板15を示す概略図であり、図6(a)は、図3(a)に対応する平面図である。図6(b)は、図6(a)に示すA-A´断面における断面図である。図6(c)は、図6(a)に示すB-B´断面における断面図である。本実施形態においては、基板1の長手方向(Y方向)において最も剛性の小さい中央部に隔壁19の当接部19bを形成している。これにより、基板1の強度をより確保することができる。ここで、隔壁19の中央部分とは、隔壁19の長手方向(Y方向)における重心を中心に、半径d/5(dは、隔壁19の長手方向における全長)の円に囲まれる領域のことをいう。なお、本実施形態においても第2の実施形態と同様に、液体供給口の開口幅が、a<bの関係性を満たすことがより好ましい。
(Third embodiment)
The third embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a schematic view showing the
図7は、本実施形態における記録素子基板15の変形例であり、図7(a)は、図6(a)に対応する平面図である。図7(b)は、図7(a)に示すA-A´断面における断面図である。図7(c)は、図7(a)に示すB-B´断面における断面図である。図7に示す記録素子基板15においては、長手方向(Y方向)の中央部に隔壁19の当接部分19bを設けるのみならず、端部にも形成されていることが、図6に示す記録素子基板15と異なる点である。ここで、隔壁19の端部とは、隔壁19の長手方向(Y方向)における端から、d/5(dは、隔壁19の長手方向における全長)までの領域のことをいう。
FIG. 7 is a modification of the
隔壁19の強度を高める観点から、当接部分19bは隔壁19の長手方向における中央部分に形成することが好ましい。そして、中央部分にのみならず、隔壁19の長手方向における端部にも当接部分19bを形成することで、隔壁19の強度をより確保することができる。
From the viewpoint of increasing the strength of the
また、第2の実施形態および第3の実施形態においては、基板1の主面20と対向する位置からみたときに、非当接部分19aは、基板1の短手方向(X方向)に並んで複数形成されていたが、第2の実施形態および第3の実施形態はこれに限られない。即ち、非当接部分19aと当接部分19bとが、短手方向に並んで形成されていてもよい。更には、基板1の主面20と対向する位置からみたときに、非当接部分19aと当接部分19bとが千鳥に配置されていてもよい。千鳥に配置されていることにより、記録素子基板15の剛性は場所によらずに均一に保たれる。これにより、局所的に剛性の低いような箇所がよりなくなるため、例えば、どのような方向から力が記録素子基板15に加わったとしても、記録素子基板15が変形することを抑制することができる。
Further, in the second embodiment and the third embodiment, the
1 基板
2 隙間
4 吐出口形成部材
5 吐出口
7 液体供給口
18 支持部材
19 隔壁
19a 非当接部分
20 基板の主面
1
Claims (12)
前記吐出口形成部材の前記吐出口に液体を供給するための複数の液体供給口と、前記複数の液体供給口間に形成されている隔壁と、を有する基板と、
前記基板を支持する支持部材と、
を備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記基板の主面と対向する位置からみたときに、前記液体供給口は、前記基板の長手方向に沿って延在しており、
前記基板の主面と対向する位置からみたときに、前記複数の液体供給口は、前記基板の短手方向に沿って配列しており、
前記隔壁の少なくとも一部は、前記支持部材と当接しない非当接部分となっており、
前記複数の液体供給口のうち互いに隣接して形成されている液体供給口間が、前記非当接部分と前記支持部材との隙間により連通しており、
前記液体供給口の前記短手方向における断面をみたときに、前記液体供給口のいずれの箇所における開口幅も該液体供給口の前記支持部材側の開口幅以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A discharge port forming member that forms a discharge port that discharges liquid,
A substrate having a plurality of liquid supply ports for supplying liquid to the discharge port of the discharge port forming member, and a partition wall formed between the plurality of liquid supply ports.
A support member that supports the substrate and
In a liquid discharge head equipped with
When viewed from a position facing the main surface of the substrate, the liquid supply port extends along the longitudinal direction of the substrate.
When viewed from a position facing the main surface of the substrate, the plurality of liquid supply ports are arranged along the lateral direction of the substrate.
At least a part of the partition wall is a non-contact portion that does not abut on the support member.
Of the plurality of liquid supply ports, the liquid supply ports formed adjacent to each other communicate with each other by a gap between the non-contact portion and the support member.
When the cross section of the liquid supply port in the lateral direction is viewed, the opening width at any of the liquid supply ports is equal to or less than the opening width of the liquid supply port on the support member side. head.
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