JP2023079433A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】 接合される基板面に形成された構造体に対してはみ出した接着剤の流動を制御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。【解決手段】 液体吐出ヘッドは、構造体が形成されている第一の基板１と、第二の基板２と、第三の基板３と、を有する。第一の基板１と第二の基板２は、接着剤４を介して接合しており、第一の基板１と第三の基板３は、接着剤４を介して接合している。第一の基板１には、角部の曲率半径がＲ２である開口が形成されており、第二の基板には、角部の曲率半径がＲ１である開口が形成されており、Ｒ１とＲ２がＲ１＜Ｒ２の関係を満たすことを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに関する。
近年、圧力センサーや加速度センサーなどのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）等の製造において、接着剤を介して基板どうしを接合した基板接合体から構成されるデバイスが作製されている。その一例として液体を吐出する液体吐出ヘッドが挙げられる。
液体吐出ヘッドの例としてインクジェット記録ヘッドが挙げられる。インクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子を有する。また、基板表面上には吐出口部材が形成され、吐出口部材にはインクを吐出する吐出口が複数開口している。また、基板にはインクの流路としての貫通孔が形成され、貫通孔を通り基板の裏面側から表面側に向かってインクが供給される。貫通孔と吐出口とは連通しており、貫通孔を通過したインクはエネルギー発生素子から与えられる力により吐出口から吐出される。エネルギー発生素子としては、ヒーター素子のような通電加熱によりインクを沸騰させうる素子や、圧電素子のような体積変化を利用して液体に圧力を加えうる素子が挙げられる。
基板接合体から構成されるデバイスの例として、特許文献１には液体吐出装置を開示している。具体的には、ノズル開口に連通する圧力発生室と、圧電体層と前期圧電体層に設けられた電極とを備えた圧電素子とを備えている。圧力発生室に溜められた液体は、ノズル開口を介して発射される。
特開２０１３－９１２７２号公報
特許文献１のような液体吐出装置では、一般的に複数の基板は接着剤を用いて接合される。しかしながら、これらの基板を接合する際に接合される基板面に形成された構造体に対してはみ出した接着剤が吐出特性に影響を与える場合があった。例えば、圧電素子の振動板にかかって振動特性が変化することや、エネルギー発生素子の配置された共通液室に液体を供給するための供給口が目詰まりし、液体の供給が滞ることで吐出特性に影響を与えることがあった。
上記課題を鑑み、本発明は、接合される基板面に形成された構造体に対してはみ出した接着剤の流動を制御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。
上記課題を解決するために、本発明は、第一の面と、前記第一の面の裏面である第二の面と、を有し、前記第一の面に構造体が形成されている第一の基板と、前記第一の基板の第一の面と対向する第二の面を有する第二の基板と、前記第一の基板の第二の面と対向する第一の面を有する第三の基板と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記第一の基板と前記第二の基板は、前記第一の基板の第一の面と前記第二の基板の第二の面との間にある接着剤を介して接合しており、前記第一の基板と前記第三の基板は、前記第一の基板の第二の面と前記第三の基板の第一の面との間にある接着剤を介して接合しており、前記第一の基板の第二の面側であって前記構造体の裏側の領域には、角部の曲率半径がＲ２である開口が形成されており、前記第二の基板の第二の面側であって前記構造体と対向する領域には、角部の曲率半径がＲ１である開口が形成されており、Ｒ１とＲ２がＲ１＜Ｒ２の関係を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、接合される基板面に形成された構造体に対してはみ出した接着剤の流動を制御することができる液体吐出ヘッドを提供することができる。
実施形態１の接合基板の断面図 実施形態１の各基板の断面図 本発明の課題が生じた場合の実施形態１の接合基板の断面図 実施形態１の各基板に本発明を適用した場合の断面図 曲率半径と角部這い上がりとはみ出し幅の関係を示したグラフ 本発明を適用した場合の実施形態１の接合基板の断面図 実施形態２の接合基板の断面図 実施形態２の各基板の断面図 本発明の課題が生じた場合の実施形態２の接合基板の断面図 実施形態２の各基板に本発明を適用した場合の断面図 本発明を適用した場合の実施形態２の接合基板の断面図 実施形態３の接合基板の断面図 実施形態３の各基板の断面図 本発明の課題が生じた場合の実施形態３の接合基板の断面図 実施形態３の各基板に本発明を適用した場合の断面図 本発明を適用した場合の実施形態３の接合基板の断面図 実施形態４の接合基板の断面図 実施形態４の各基板の断面図 本発明の課題が生じた場合の実施形態４の接合基板の断面図 実施形態４の各基板に本発明を適用した場合の断面図 本発明を適用した場合の実施形態４の接合基板の断面図
以下に、図面を参照しつつ、本件開示の技術の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。特に図示あるいは記述をしない構成や工程には、当該技術分野の周知技術または公知技術を適用することが可能である。また、重複する説明は省略する場合がある。
なお、本発明にかかる曲率半径は接合面から各基板を見た時の平面図であらわされる開口の角部の形状である。深さ方向は開口の深さにもよるが、接着剤の流入面（接合面）から凹部あるいは貫通孔の深さの１／２以上が同じ曲率半径で形成されていることが好ましく、より好ましくは３／４以上が同じ曲率半径で形成されていることであり、最も好ましいのは。一貫して同じ曲率半径で形成されていることである。
また、本実施形態は３枚の基板の接合を例に記載をしているが、本件はこれに限定されるものではなく、３枚以上の基板の接合にも適用することができる。
（実施形態１）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態１にかかる液体吐出ヘッド用基板について説明する。なお、以下に述べる実施形態では本発明を十分に説明するため具体的記述を行う場合もあるが、これらは技術的に好ましい一例を示しており、特に本発明の範囲を限定しているものではない。
液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタ等の記録装置が有する部材である。記録装置には、他に液体吐出ヘッドに供給する液体を収納する液体収納部や、記録を行う記録媒体の搬送機構などが設けられている。
図１は、本発明の実施形態１にかかる液体吐出ヘッド用の接合基板の断面図である。なお、図１は本発明の課題となる開口への接着剤の影響は不図示としたものである。
液体吐出ヘッドは、第一の基板１と第二の基板２と第三の基板３とを含む。これらの基板はそれぞれ、１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂで示される第一の面、第二の面を有している。図２（ａ）から（ｃ）は本実施形態１の接合された基板をばらした断面図である。
それぞれの基板は接着剤４で接合されて液体吐出ヘッド用基板が形成される。つまり、接合基板は少なくとも接着剤を用いて接合面を複数有するものである。
第一の基板１は、例えばシリコン基板からなり、第一の面１ａには振動膜６が設けられており、振動膜６の上に圧電素子５（構造体）が形成されている。第二の面１ｂには圧力室７を形成する開口（空間）が形成されている。振動膜６は圧力室の天壁を形成しており、複数の圧力室７を区画している。
第二の基板２は例えばシリコン基板からなる。第二の基板２は圧電素子５を覆うように配置されている。第二の基板の第二の面２ｂには圧電素子５に対向する面に凹部８が形成されており、接着剤４を介して第一の基板の第一の面１ａに接合されている。凹部８内に複数の圧力室７にそれぞれ対応する複数の圧電素子５が収容される。
第一の基板の第二の面１ｂに第三の基板３が接合されている。第三の基板３は例えばシリコン基板からなり、第二の基板２および振動膜６とともに、圧力室７を区画している。第三の基板３は、液体吐出流路９を有し、液体吐出流路の底面に液体を吐出する吐出口１０が形成されている。吐出口１０は液体吐出流路９と共に第三の基板３を貫通しており、圧力室７とは反対側に吐出口を有している。したがって、圧力室７の容積変化が生じると、圧力室７に溜められた液体は、液体吐出流路９を通り、吐出口１０から吐出される。
第二の基板２上には、インクタンク（不図示）が配置されている。第二の基板２を貫通するように貫通孔１１が形成されている。第二の基板２の貫通孔１１は第一の基板１も貫通し、基板内の圧力室７に連通している。したがって、インクタンク内の液体は、貫通孔１１を通って、圧力室７に供給される。
振動膜６上に圧電素子５が配置されていて、圧電アクチュエータが構成されている。圧電素子５は、振動膜形成層上に形成された下部電極（不図示）と下部電極上に形成された圧電素子５と、圧電素子上に形成された上部電極（不図示）とを備えている。
振動膜形成層は、例えばプラズマＣＶＤによって形成される。次に、水素バリア膜（不図示）、下部電極（不図示）、圧電体膜および上部電極（不図示）が順に形成される。下部電極および上部電極は、たとえばスパッタ法によって形成され、圧電体膜は、ゾルゲル法によって形成されるが、スパッタ法によって形成してもよい。
圧電素子５は、例えばゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜を適用することができる。このような圧電素子５は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。アクチュエータ部を駆動できるように層間膜や配線層を形成することで、アクチュエータ基板となる第一の基板１を形成することができる。
圧電素子５は、振動膜６を挟んで圧力室７に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子５は、振動膜６の圧力室７とは反対側の表面に接するように形成されている。振動膜６は、圧力室７に対向する方向に変形可能な特性を有している。
そして、駆動ＩＣ（不図示）から圧電素子５に駆動電圧が印可されると、逆圧電効果によって、圧電素子５が変形する。これにより、圧電素子５とともに振動膜６が変形し、それによって、圧力室７の容積変化がもたらされ液体が加圧される。
加圧された液体は、液体吐出流路９を通って、吐出口１０から微小液滴となって吐出される。
図２（ａ）から（ｃ）の基板の加工は特に限定されるものではなく、一般的な基板加工プロセスで実施される。例えば、シリコン基板であれば半導体製造プロセスを用いることができる。基板の表面に所望のエッチングマスクを形成したのちに、Ｓｉドライエッチングを実施することで加工することが可能となる。エッチングマスクは例えば、ノボラック系フォトレジストを使用し、露光及び現像しパターニングすることで形成することができる。
Ｓｉドライエッチングは例えばエッチングステップにＳＦ６ガス、コーティングステップにＣ４Ｆ８ガスを使用する、いわゆるボッシュプロセスと呼ばれるエッチング手法を用いることもできる。本発明にかかる開口の角部の曲率半径は、フォトレジストの露光マスクを変えることにより任意に変えることが可能である。
また、これらの基板の少なくとも接合する面の開口（例えば第一の基板の第二の面１ｂと第三の基板の第一の面３ａ）は接合前に加工が必要であるが、接合する面の以外の開口の形成や基板薄化などの基板加工は接合前に実施しても接合後に実施しても良い。
接着剤４としては、基板に対して密着性が高い材料が好適に用いられる。また、気泡などの混入が少なく塗布性が高い材料が好ましく、また接着剤の厚さを薄くしやすい低粘度な材料が好ましい。接着剤は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、およびウレタン樹脂からなる群より選択されるいずれかの樹脂を含むことが好ましい。
接着剤４の硬化方式としては、熱硬化方式、および紫外線遅延硬化方式が挙げられる。なお、基板のいずれかに紫外線透過性がある場合は、紫外線硬化方式も使用できる。接着剤塗布方法は、ドライフィルム上に接着剤をスピンコートし、接合面のいずれか一方の基板に転写する方法で実施する。ただし、接着剤塗布方法としては、それに限ったことではなく、スクリーン印刷や、感光性接着剤であればフォトリソパターニングで実施しても良い。
接着剤厚みは接合時のボイドをなくすために厚く形成することが好ましく、接合前の膜厚で１．０μｍ以上、好ましくは２．０μｍ、より好ましくは５．０μｍ以上である。
接着剤を厚くすることでボイドが抑制することができるが、それぞれの接合面の開口に対してはみ出しが生じやすくなり、本発明の課題が生じやすくなる。
図３に第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３をそれぞれ接着剤４を用いて接合した後の断面模式図を示す。図３に示した接着剤の影響箇所１２について説明する。接着剤４のはみ出しは制御されていない状態であると第二の基板の第二の面２ｂの凹部８に対してはみ出し、振動膜６にかかることがある。また、第一の基板の第二の面２ｂの圧力室７の角部を這い上がり、同様に振動膜６にかかることもある。このように振動膜６に接着剤のはみ出し部がかかると振動特性に影響を与え、吐出性能に影響を及ぼす場合がある。また。貫通孔１１に対しても、接着剤のはみ出しが生じることで流路が狭くなったり閉塞したりすることで吐出性能に影響を及ぼす場合がある。
本発明は接合面を複数有する接着剤を用いた接合基板において、それぞれの接合面に形成された開口の角部の曲率半径の大小関係を規定することで、はみ出し部を制御することで良好な吐出性能を得ることができる。
図５に、実験的に曲率半径Ｒを変えた開口を有する基板を、接着剤を用いて接合した際の、開口の角部の這い上がりと接合面のはみ出し幅の測定結果を曲率半径が８μｍの時を基準にして示したものである。ここでの這い上がりとは、開口にはみ出した接着剤が開口の角部を表面張力によって接合界面Ｘ－Ｙに対して高さ方向Ｚに伝わっていく現象を示す。はみ出し幅とは。接合界面Ｘ－Ｙと同一平面において開口から接着剤がＸ軸あるいはＹ軸にはみ出した幅を示す。図５によると、曲率半径Ｒが大きくなると這い上がりが減少し相対的にはみ出し幅が増加する傾向にある。特に２０μｍを超えると這い上がりの抑制効果を十分に得ることができる。また、曲率半径Ｒが小さくなるほど、這い上がりが増加し相対的にはみ出し幅が減少する傾向にある。つまり、複数の接合面の開口の角部の曲率半径の大小関係を規定し、接着剤のはみ出しを制御することができる。
図４（ａ）から（ｃ）に第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３に形成された本発明にかかる開口の平面図を示した。図４（ａ）の凹部８の開口の角部の曲率半径Ｒ１を小さくすることで第一の基板の第一の面１ａにはみ出した接着剤４を凹部８の角部を通じて積極的に這い上がらせ、はみ出し量を減らすことができ、振動膜６にかかる接着剤の影響を抑制することができる。
更に、図４（ｂ）の圧力室７の角部の曲率半径Ｒ２を大きくすることで、第三の基板の第一の面３ａにはみ出した接着剤４が圧力室７の角部を這い上がることを抑制することが可能となり、振動膜６にかかる接着剤の影響を抑制することができる。つまり、Ｒ１＜Ｒ２とすることにより振動膜６にかかる接着剤の影響を抑制することが可能となる。Ｒ２の曲率半径を有する開口は、第一の基板の第二の面側であって構造体の裏側の領域に形成されている。
図５の結果より、図４（ａ）から（ｃ）に示すＲ１は角部での接着剤の這い上がりを助長させ、はみ出し幅を減少させるために１２μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは８μｍ以下である。Ｒ２は角部での接着剤の這い上がりを抑制させる観点から、２０μｍより大きいことが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上である。
また、図４（ａ）に示される貫通孔１１の開口の角部Ｒ３は接着剤が這い上がり過ぎると第一の基板の第一の面１ａに這い上がった接着剤が及び、第一の基板の第一の面１ａを汚染する可能性がある。一方で、接着剤の這い上がりを抑制し過ぎると、貫通孔１１の断面積が狭くなったり閉塞したりすることでインクの流れに影響を及ぼす場合がある。そのため、Ｒ３はＲ１＜Ｒ３＜Ｒ２であることが好ましく、１２μｍ≦Ｒ３≦２０μｍであることが好ましい。
図４（ａ’）や（ａ’’）のように貫通孔１１が段差部１５を有している場合においては、這い上がった接着剤を段差部１５に溜まり、第一の基板の第一の面１ａへの到達を抑制できる。このため、段差部１５を有する構成において接着剤は角部を積極的に這い上がらせることができる。すなわち、Ｒ３はＲ３≦Ｒ１＜Ｒ２であることが好ましい。このとき、段差部１５を挟んで第一の基板の第一の面１ａ側の貫通孔１１の曲率半径をＲ３よりも大きくして第一の基板の第一の面１ａへの到達を抑制しても良い。
液体吐出流路９の開口形状は特に限定されるものではないが、圧力室７の開口にはみ出した接着剤が液体吐出流路９に及んだ場合に吐出口１０に影響を及ぼす場合がある。このため、図４（ｃ）に示されるように液体吐出流路の角部の曲率半径をＲ４とした際にＲ２＝Ｒ４であることが好ましく、Ｒ２＜Ｒ４の構成であることがより好適である。
図６に図４（ａ）から（ｃ）に示されるような本発明にかかる構成の第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３を接着剤４を介して接合した基板の断面図を示した。本発明を用いることで、接合面を複数有する接合基板において、はみ出した接着剤が制御され吐出性能に影響を及ぼすことなく、良好な吐出性能を得ることができる。
（実施形態２）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態２に係る液体吐出ヘッド用基板について説明する。以下に述べる実施形態では本発明を十分に説明するため具体的記述を行う場合もあるが、これらは技術的に好ましい一例を示しており、特に本発明の範囲を限定しているものではない。また、実施形態２の説明は実施形態１と異なる点を中心に説明する。
なお、本実施形態の図では吐出口が上方、液体の供給口が下方に配置された姿勢で図示されているが、これは液体吐出ヘッドの流路形成部の製造時における姿勢を示したものであり、使用時には、吐出口を下方にした配置で用いられる場合が多い。
図７は、本発明の実施形態２にかかる液体吐出ヘッド用接合基板の断面図である。なお、図７は本発明の課題となる開口への接着剤の影響は不図示としたものである。図８（ａ）から（ｃ）は本実施形態の各基板をばらした断面図である。それぞれの基板は接着剤４で接合されて液体吐出ヘッド用基板が形成される。
第一の基板１は、例えばシリコン基板からなり、第一の面１ａにはエネルギー発生素子１６とエネルギー発生素子１６に対応した供給口１８が形成されている。第一の基板の第二の面１ｂには流路１９を形成する開口が形成されている。第一の基板１に形成された供給口１８と流路１９は連通しており、流路１９から供給口１８を通り、エネルギー発生素子１６の配置された共通液室１７へ液体が導入される。
第二の基板２は例えばシリコン基板やＳＵＳ基板からなる。第二の基板２はエネルギー発生素子１６を覆うように配置されており、第二の基板の第二の面２ｂにはエネルギー発生素子１６に対向する面に共通液室１７となる凹部８が形成されている。凹部８が複数の共通液室１７にそれぞれ対応する複数のエネルギー発生素子１６が収容されるように接合される。また、凹部８の底面には液体を吐出する吐出口１０が形成されている。吐出口１０は凹部８とともに第二の基板２を貫通しており、それぞれのエネルギー発生素子１６に対応した吐出口１０を有している。したがって、共通液室１７の容積変化が生じると、共通液室１７に溜められた液体は、吐出口１０から吐出される。第二の基板２は接着剤４を介して第一の基板の第一の面１ａに接合されている。
第一の基板の第二の面１ｂに第三の基板３が接合されている。第三の基板３は例えばシリコン基板からなり、第三の基板３を貫通するように、流路を変換する開口２０が形成されている。
流路を変換する開口２０によって、流路１９は液体供給流路と液体回収流路が形成され、負圧制御ユニット（不図示）によって液体供給流路と液体回収流路との間には差圧が生じている。この差圧によって液体供給流路内の液体が、供給口１８から共通液室１７、さらに供給口１８を経由して液体回収流路に流れる。
この流れによって、記録を休止している吐出口１０や共通液室１７において、吐出口１０からの蒸発によって生じる増粘した液体、泡および異物などを液体回収流路へ回収することができる。また、吐出口１０や共通液室１７の液体が増粘するのを抑制することができる。
更に、第三の基板３の上流には、インクタンク（不図示）が配置されている。第三の基板３に形成された流路を変換する開口２０は第一の基板１の流路１９と供給口１８と貫通し、共通液室１７に連通している。すなわち、本実施形態では、供給口１８が液体吐出ヘッドによって吐出される液体の供給経路となる。
第一の基板の第一の面１ａには、エネルギー発生素子１６に接続する配線層や層間絶縁膜などから構成される表面メンブレン層（不図示）が形成されている。また、供給口１８と流路１９は、フォトレジストなどを用いて作製したエッチングマスクを用いてエッチングを行うことで形成される。例えば、エネルギー発生素子１６が電気熱変換素子である場合、駆動ＩＣ（不図示）から電気熱変換素子に駆動電圧が印可されると、液体内に気泡を瞬間的に発生させる。そして、気泡の成長によって共通液室１７に生じる圧力変化を利用して、液滴を吐出口１０から吐出させる。
図８の（ａ）から（ｃ）の基板の加工は特に限定されるものではなく、実施形態１と同様に一般的な基板加工プロセスで実施され、本発明にかかる開口の角部の曲率半径は、フォトレジストの露光マスクを変えることにより任意に変えることが可能である。また、これらの基板の少なくとも接合する面の開口は接合前に加工が必要であるが、接合する面の以外の開口の形成や基板薄化などの基板加工は接合前に実施しても接合後に実施しても良い。
接着剤４の材料、硬化方式や塗布方法は実施形態１と同様であり、接着剤厚みは接合時のボイドをなくすために厚く形成することが好ましく、接合前の膜厚で１．０μｍ以上、好ましくは２．０μｍ、より好ましくは５．０μｍ以上である。接着剤を厚くすることでボイドが抑制することができるが、それぞれの接合面の開口に対してはみ出しが生じやすくなり、本発明の課題が生じやすくなる。
図９に第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３をそれぞれ接着剤４を用いて接合した後の断面模式図を示す。図９に示した接着剤の影響箇所１２について説明する。接着剤４のはみ出しは制御されていない状態であると第二の基板の第二の面２ｂの凹部に対してはみ出し、供給口１８にかかることがある。また、第二の基板の第二の面２ｂの流路１９の角部を這い上がり、同様に供給口１８にかかることもある。
このように供給口１８に接着剤４のはみ出し部がかかると供給口１８が閉塞し、共通液室１７への液体の供給ができなくなる。また、本実施形態のように液体供給流路内の液体が、供給口１８から共通液室１７、さらに供給口１８を経由して液体回収流路に流れるような構成の場合には、供給口１８が狭くなる。これにより、吐出口１０からの蒸発によって生じる増粘した液体、泡および異物などを液体回収流路へ回収しにくくなり、吐出口１０や共通液室１７の液体が増粘し吐出性能に影響を及ぼす場合がある。
本発明は本実施形態のように接合面を複数有する接着剤を用いた接合基板において、それぞれの接合面に形成された開口の角部の曲率半径の大小関係を規定することで、はみ出し部を制御することで良好な吐出性能を得ることができる。
図１０（ａ）から（ｃ）に第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３に形成された本発明にかかる開口の平面図を示した。図１０（ａ）の凹部８の開口の角部の曲率半径Ｒ１を小さくすることで第一の基板の第一の面１ａにはみ出した接着剤４を凹部８の角部を通じて積極的に這い上がらせ、はみ出し量を減らすことができ、供給口１８にかかる接着剤の影響を抑制することができる。
更に、図１０（ｂ）の流路１９の角部の曲率半径Ｒ２を大きくすることで、第三の基板の第一の面３ａにはみ出した接着剤が流路１９の角部を這い上がることを抑制することが可能となり、供給口１８にかかる接着剤の影響を抑制することができる。
つまり、Ｒ１＜Ｒ２とすることにより供給口１８にかかる接着剤の影響を抑制することが可能となる。また、第三の基板３の流路を変換する開口２０の曲率半径Ｒ５は、第三の基板の第一の面３ａにはみ出した接着剤が流路を変換する開口２０にかかった場合に開口を這い上がって第三の基板の第二の面３ｂに到達する可能性がある。このため、Ｒ２＜Ｒ５であると、より好ましい。つまり、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ５であると、より好ましい。
図５の結果より、図１０（ａ）から（ｃ）に示すＲ１は角部での接着剤の這い上がりを助長させ、はみ出し幅を減少させるために１２μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは８μｍ以下である。Ｒ２は角部での接着剤の這い上がりを抑制させる観点から、２０μｍより大きいことが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上である。
図１１に図１０（ａ）から（ｃ）に示されるような本発明にかかる構成の第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３を接着剤４を介して接合した基板の断面図を示した。本発明を用いることで、接合面を複数有する接合基板において、はみ出した接着剤が制御され吐出性能に影響を及ぼすことなく、良好な吐出性能を得ることができる。
（実施形態３）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態３に係る液体吐出ヘッド用基板について説明する。なお、以下に述べる実施形態では本発明を十分に説明するため具体的記述を行う場合もあるが、これらは技術的に好ましい一例を示しており、特に本発明の範囲を限定しているものではない。また、実施形態３の説明は実施形態１と異なる点を中心に説明する。
図１２は、本発明の実施形態３にかかる液体吐出ヘッド用接合基板の断面図である。なお、図１２は本発明の課題となる開口への接着剤の影響は不図示としたものである。図１３（ａ）から（ｃ）は本実施形態の各基板をばらした断面図である。それぞれの基板は接着剤４で接合されて液体吐出ヘッド用基板が形成される。
第一の基板１は、例えばシリコン基板からなり、第一の面１ａには振動膜６が設けられており、振動膜６の上に凹部８が形成されており、凹部８の底部に圧電素子５が形成されている。ここで、凹部８は基板を加工して形成しても良いし、図１３（ｂ’）に示すようにＳＵ－８等の永久レジスト等を用いて露光と現像をすることで所望の箇所に形成することができる。
第二の基板２は例えばシリコン基板からなる。第二の基板２は圧電素子５を覆うように配置されており、接着剤４を介して第二の基板の第二の面２ｂと第一の基板の第一の面１ａが接合されている。
第三の基板の第一の面３ａには圧力室７を形成する開口が形成されている。それぞれの基板は凹部８内に複数の圧力室７にそれぞれ対応する複数の圧電素子５が収容されるように接合される。
第三の基板３は例えばシリコン基板からなり、少なくとも圧力室７となる開口と液体を吐出する吐出口１０が形成されている。実施形態２には実施形態１に記載されている液体吐出流路は図示されていないが、実施形態１と同様に液体吐出流路を圧力室７と吐出口１０の間に設けても良い。
第一の基板の第二の面１ｂに第三の基板の第一の面３ａが接合され、振動膜６は圧力室７の天壁を形成しており、複数の圧力室７を区画している。
図１４に第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３を、それぞれ接着剤４を用いて接合した後の断面図を示す。図１４に示した接着剤の影響箇所１２について説明する。接着剤４のはみ出しは制御されていない状態であると第一の基板の第一の面１ａの凹部８の角部をみ出した接着剤が這い上がり振動膜６にかかることがある。また、第二の基板の第二の面２ｂの圧力室７ではみ出しが生じ、振動膜６にかかることもある。このように振動膜６に接着剤のはみ出し部がかかると振動特性に影響を与え、吐出性能に影響を及ぼす場合がある。
本発明はそれぞれの基板の接合面に形成された開口の角部の曲率半径を変えることで、はみ出し部を制御することで良好な吐出性能を得ることができる。
図１５（ａ）から（ｃ）に第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３に形成されや本発明にかかる開口の平面図を示した。図１５（ｂ）の凹部８の開口の角部の曲率半径Ｒ１を大きくすることで第二の基板の第一の面２ａにはみ出した接着剤４を凹部８の角部の這い上がりを抑制することで、振動膜６にかかる接着剤の影響を抑制することができる。
更に、図１５（ｃ）の圧力室７の角部の曲率半径Ｒ２を小さくすることで、第三の基板の第一の面にはみ出した接着剤４が圧力室７の角部を這い上がらせることができ、振動膜６にかかる接着剤の影響を抑制することができる。つまり、Ｒ１＞Ｒ２とすることにより振動膜６にかかる接着剤の影響を抑制することが可能となる。
図５より、Ｒ１は角部での接着剤の這い上がりを抑制させる観点から、２０μｍより大きいことが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上である。Ｒ２は角部の這い上がりを助長させる観点から、１２μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは８μｍ以下である。
また、図１５（ａ）に示される貫通孔１１の開口の角部Ｒ３は接着剤が這い上がり過ぎると第一の基板の第一の面１ａに這い上がった接着剤が及び、第一の基板の第一の面１ａを汚染する可能性がある。一方で、接着剤の這い上がりを抑制し過ぎると、貫通孔１１の断面積が狭くなったり閉塞したりすることで液体の流れに影響を及ぼす場合がある。そのため、Ｒ３はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２であることが好ましく、１２μｍ≦Ｒ３≦２０μｍであることが好ましい。
図１６に図１５（ａ）から（ｃ）に示されるような本発明にかかる構成の第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３を接着剤４を介して接合した断面図を示した。本発明を用いることで、接合面を複数有する接合基板において、はみ出した接着剤が制御され吐出性能に影響を及ぼすことなく、良好な吐出性能を得ることができる。
（実施形態４）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態４に係る液体吐出ヘッド用基板について説明する。なお、以下に述べる実施形態では本発明を十分に説明するため具体的記述を行う場合もあるが、これらは技術的に好ましい一例を示しており、特に本発明の範囲を限定しているものではない。また、実施形態４の説明は実施形態２と異なる点を中心に説明する。
なお、本実施形態の図では吐出口が上方、液体の供給口が下方に配置された姿勢で図示されているが、これは液体吐出ヘッドの流路形成部の製造時における姿勢を示したものであり、使用時には、吐出口を下方にした配置で用いられる場合が多い。
図１７は、本発明の実施形態４にかかる液体吐出ヘッド用接合基板の断面図である。なお、図１７は本発明の課題となる開口への接着剤の影響は不図示としたものである。図１８（ａ）から（ｃ）は本実施形態の各基板をばらした断面図である。それぞれの基板は接着剤４で接合されて液体吐出ヘッド用基板が形成される。
第一の基板１は、例えばシリコン基板からなり、第一の面１ａにはエネルギー発生素子１６とエネルギー発生素子１６に対応した供給口１８が形成されている。第一の基板の第一の面１ａ上に凹部８が形成されており、凹部８の底部にエネルギー発生素子１６が形成されている。ここで、凹部８は基板を加工して形成しても良いし、図１８（ｂ’）に示すようにＳＵ－８等の永久レジスト等を用いて露光と現像をすることで所望の箇所に形成することができる。
第二の基板２は例えばシリコン基板やＳＵＳ基板からなり、液体を吐出する吐出口１０が複数形成されている。第一の基板の第二の面１ｂに第三の基板の第一の面３ａを、エネルギー発生素子１６に対応する位置に吐出口が配置されるように接合する。第一の基板の第一の面に形成された凹部が共通液室１７となり、例えば、エネルギー発生素子１６が電気熱変換素子である場合、駆動ＩＣ（不図示）から電気熱変換素子に駆動電圧が印可されると、液体内に気泡を瞬間的に発生させる。そして、気泡の成長によって共通液室１７に生じる圧力変化を利用して、液滴を吐出口１０から吐出させる。
第三の基板３は例えばシリコン基板からなる。第三の基板３には流路１９と流路変換部材が一体となって形成されている。流路１９は実施形態２と同様に液体供給流路と液体回収流路が形成され、負圧制御ユニット（不図示）による差圧によって液体供給流路内の液体が、供給口１８から共通液室１７、さらに供給口１８を経由して液体回収流路に流れる。第三の基板の第二の面３ｂには流路変換用の開口が形成されており、開口は流路１９と共に第三の基板３を貫通している。
第一の基板１に形成された供給口１８と第二の基板２に形成された流路１９は連通しており、流路１９から供給口１８を通り、エネルギー発生素子１６の配置された共通液室１７へ液体が導入される。
図１９に第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３を、それぞれ接着剤４を用いて接合した後の断面図を示す。図１９に示した接着剤の影響箇所１２について説明する。接着剤４のはみ出しは制御されていない状態であると第一の基板の第一の面１ａの凹部８の角部をみ出した接着剤が供給口１８にかかることがある。
また、第一の基板の第二の面２ｂの流路１９ではみ出しが生じ、流路１９の角部を這い上がって同様に供給口１８にかかることもある。
このように供給口１８に接着剤のはみ出し部がかかると供給口１８が閉塞し、液体の供給ができなくなる。また、本実施形態のように液体供給流路内の液体が、供給口１８から共通液室１７、さらに供給口１８を経由して液体回収流路に流れるような構成の場合には、供給口１８が狭くなる。これにより、吐出口からの蒸発によって生じる増粘した液体、泡および異物などを液体回収流路へ回収しにくくなり、吐出口１０や共通液室１７の液体が増粘し吐出性能に影響を及ぼす場合がある。
本発明は本実施形態のように接合面を複数有する接着剤を用いた接合基板において、それぞれの接合面に形成された開口の角部の曲率半径の大小関係を規定することで、はみ出し部を制御することで良好な吐出性能を得ることができる。
図２０（ａ）から（ｃ）に第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３に形成されや本発明にかかる開口の平面図を示した。図２０（ｂ）の凹部８の開口の角部の曲率半径Ｒ１を大きくすることで第二の基板の第二の面２ｂにはみ出した接着剤４を凹部８の角部の這い上がりを抑制することで、供給口１８にかかる接着剤の影響を抑制することができる。
更に、図２０（ｃ）の流路１９の角部の曲率半径Ｒ２を小さくすることで、第三の基板の第一の面３ａにはみ出した接着剤４が流路１９の角部を這い上がらせることができ、供給口１８にかかる接着剤の影響を抑制することができる。つまり、Ｒ１＞Ｒ２とすることにより供給口１８にかかる接着剤の影響を抑制することが可能となる。
図１１より、Ｒ１は角部での接着剤の這い上がりを抑制させる観点から、２０μｍより大きいことが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上である。Ｒ２は角部の這い上がりを助長させる観点から、１２μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは８μｍ以下である。
図２１に図２０（ａ）から（ｃ）に示されるような本発明にかかる構成の第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３を接着剤４を介して接合した断面図を示した。本発明を用いることで、接合面を複数有する接合基板において、はみ出した接着剤が制御され吐出性能に影響を及ぼすことなく、良好な吐出性能を得ることができる。
１ 第一の基板
１ａ 第一の基板の第一の面
１ｂ 第一の基板の第二の面
２ 第二の基板
２ａ 第二の基板の第一の面
２ｂ 第二の基板の第二の面
３ 第三の基板
３ａ 第三の基板の第一の面
３ｂ 第三の基板の第二の面
４ 接着剤
５ 圧電素子
６ 振動膜
７ 圧力室
８ 凹部
９ 液体吐出流路
１０ 吐出口
１１ 貫通孔
１２ 接着剤の影響箇所
１３ 制御された接着剤
１４ 永久レジスト
１５ 段差部
１６ エネルギー発生素子
１７ 共通液室
１８ 供給口
１９ 流路
２０ 流路を変換する開口

Claims (10)

  1. 第一の面と、前記第一の面の裏面である第二の面と、を有し、前記第一の面に構造体が形成されている第一の基板と、
    前記第一の基板の第一の面と対向する第二の面を有する第二の基板と、
    前記第一の基板の第二の面と対向する第一の面を有する第三の基板と、
    を有する液体吐出ヘッドにおいて、
    前記第一の基板と前記第二の基板は、前記第一の基板の第一の面と前記第二の基板の第二の面との間にある接着剤を介して接合しており、
    前記第一の基板と前記第三の基板は、前記第一の基板の第二の面と前記第三の基板の第一の面との間にある接着剤を介して接合しており、
    前記第一の基板の第二の面側であって前記構造体の裏側の領域には、角部の曲率半径がＲ２である開口が形成されており、
    前記第二の基板の第二の面側であって前記構造体と対向する領域には、角部の曲率半径がＲ１である開口が形成されており、
    Ｒ１とＲ２がＲ１＜Ｒ２の関係を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記第一の基板の第二の面側の開口と第三の基板とで形成される空間は圧力室である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記第二の基板には、該第二の基板を貫通し、角部の曲率半径がＲ３である開口がさらに形成されており、
    Ｒ１、Ｒ２およびＲ３がＲ１＜Ｒ３＜Ｒ２の関係を満たす請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記第二の基板には、該第二の基板を貫通し、段差を有する貫通孔がさらに形成されており、
    前記段差を有する貫通孔のうち、前記第二の基板の第二の面の開口の角部の曲率半径をＲ３としたとき、
    Ｒ１、Ｒ２およびＲ３がＲ３≦Ｒ１＜Ｒ２の関係を満たす請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記第三の基板には、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に液体を供給する液体吐出流路とがさらに形成されており、
    前記液体吐出流路の角部の曲率半径をＲ４としたとき、
    Ｒ１とＲ４がＲ４≧Ｒ２の関係を満たす請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記第二の基板には吐出口が形成されており、
    前記第二の基板の開口と第一の基板で形成される空間は共通液室であり、
    前記第一の基板の開口と第三の基板で形成される空間は流路であり、
    前記構造体は、前記吐出口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である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記第三の基板には、前記流路と接続される開口がさらに形成されており、
    該第三の基板の開口の角部の曲率半径をＲ５としたとき、
    Ｒ１、Ｒ２およびＲ５がＲ１＜Ｒ２＜Ｒ５の関係を満たす請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
  8. Ｒ１＜１２μｍ、Ｒ２＞２０μｍである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記エネルギー発生素子は電気熱変換素子である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記構造体は、液体の吐出のための圧力を発生する圧電素子である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
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