JP6222985B2 - 液体吐出ヘッド、並びに、素子基板および液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、エネルギー発生素子を備える素子基板を備える液体吐出ヘッド、並びに、素子基板および液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
インクジェット記録装置といった液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは種々の方式により吐出口から液体を吐出する。液体吐出ヘッドから吐出された液体が被記録媒体に付着することで文字や画像が記録される。
このような液体吐出ヘッドは、発熱抵抗素子といったエネルギー発生素子を有する素子基板を備える。素子基板は、エネルギー発生素子が設けられた基板本体と、基板本体の上に配置された吐出口形成部材と、を含む。
吐出口形成部材はエネルギー発生素子を包囲する圧力室を有し、吐出口は当該圧力室に連通している。エネルギー発生素子が圧力室内の液体に吐出エネルギーを加えることで、当該液体が吐出口から吐出される。
液体吐出ヘッドや素子基板の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の素子基板では、圧力室に連通する供給口が基板本体に形成されている。
具体的には、基板本体には貫通孔が形成されており、当該貫通孔の両端の開口の一方が供給口とされている。貫通孔の両端の開口の他方は、基板本体の、吐出口形成部材に接する面に位置している。吐出口形成部材の、前記他方の開口に対向する位置には圧力室に連通する開口が形成されており、当該開口を介して供給口が圧力室に連通する。
ところで、エネルギー発生素子が設けられる基板本体は、シリコン基板といった比較的高価な部材からなる。素子基板や液体吐出ヘッドのコストを削減するために、基板本体の小型化が求められている。
しかしながら、特許文献１に開示の素子基板では、基板本体に供給口が形成されているので、供給口の大きさに基づいて基板本体のサイズが決まる。圧力室への液体の供給量は供給口の大きさに依存するので、供給口を小さくすることは容易ではない。このような理由から、特許文献１に開示の素子基板では基板本体の小型化に課題があった。
そこで、本発明の目的は、圧力室への液体の供給量を低下させるせることなく基板本体を小型化することにある。
上記課題を解決するため本発明は、液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板本体と、前記基板本体の上に配され、該エネルギー発生素子を包囲する圧力室と該圧力室に連通する吐出口とが形成された吐出口形成部材と、前記圧力室に前記液体を供給する供給口と、を備える素子基板と、前記素子基板を支持するとともに前記供給口に連通する流路を有する支持部材と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記供給口が、前記吐出口形成部材の、前記基板本体と接する第１の面とは異なる第２の面に形成され、さらに前記支持部材は凹部を有し、前記供給口が前記凹部の内側面と対向するように前記素子基板が前記凹部に配されており、前記流路の開口が前記内側面の前記供給口と対向する位置に形成されており、前記第２の面と前記内側面との間の隙間が封止剤を用いて封止されていることを特徴とする液体吐出ヘッドに係る。
本発明によれば、供給口を吐出口形成部材の第２の面に形成したので、基板本体を小型化する際に供給口を小さくする必要性が低下する。したがって、圧力室への液体の供給量を低下させるせることなく基板本体を小型化することができる。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る素子基板および液体吐出ヘッドについて、図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの部分断面斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示されるＡ−Ａ’面で液体吐出ヘッドを切断したときの断面図である。
まず、本発明の第１の実施形態に係る素子基板および液体吐出ヘッドについて、図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの部分断面斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示されるＡ−Ａ’面で液体吐出ヘッドを切断したときの断面図である。
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、素子基板１と、素子基板１を支持する支持部材２と、を備える。素子基板１は、エネルギー発生素子３が設けられた基板本体４と、中間層５を介して基板本体４の上に配された吐出口形成部材６と、を備える。
基板本体４は、例えば、シリコンといった半導体素材の種結晶を円柱状に成長させたインゴットから切り取られたシリコンウエハである。中間層５は、基板本体４と吐出口形成部材６との間の密着性を高めるための層である。吐出口形成部材６が基板本体４の上に直接接していても十分に密着性が確保される場合には、中間層５を設けなくてもよい。
基板本体４は板状の部材である。基板本体４をより小型化するために、基体本体４には、後述する圧力室７に液体を供給する供給口９が形成されていないことが好ましい。また、同様の理由で、基体本体４には、貫通穴が形成されていないことが好ましい。
エネルギー発生素子３は、基板本体４の、吐出口形成部材６が配された面上に設けられている。以下、基板本体４の、エネルギー発生素子３が設けられている面を「素子配置面４ａ」と称す。
吐出口形成部材６は、エネルギー発生素子３を包囲する圧力室７と、圧力室７に連通する吐出口８と、を有する。エネルギー発生素子３が圧力室７の内部の液体に吐出エネルギーを加えることで、当該液体が吐出口８から吐出される。
吐出口形成部材６は、中間層５と接する第１の面６ａと、第１の面６ａとは異なる第２の面６ｂと、を含み、第２の面６ｂに供給口９が形成されている。供給口９は圧力室７に連通しており、液体は供給口９を通って圧力室７へ供給される。
なお、本発明では、中間層５が設けられておらず、第１の面６ａが基板本体４と接していてもよい。
吐出口８は複数設けられており、当該複数の吐出口８を所定の方向（以下、「Ｘ方向」と称す）に並べてなる吐出口列１０が形成されている。吐出口形成部材６はＸ方向に関して基板本体４よりも短く、素子配置面４ａのＸ方向における両端部は吐出口形成部材６で覆われていない。そして、当該両端部に電気配線パッド１１が形成されている。
吐出口形成部材６の第２の面６ｂは、第１の面６ａに隣接しかつＸ方向に沿って延びている。そして、供給口９はＸ方向を長手方向とする長方形形状を有している。
支持部材２は凹部が形成された第１の面２ａを有しており、当該凹部の内部に素子基板１が配されている。具体的には、基板本体４の、素子配置面４ａとは反対の側に位置する裏面４ｂが、接着剤１２を用いて支持部材２の凹部の底部に貼り付けられている。
支持部材２の第１の面２ａには、凹部からＸ方向に延びる溝が形成されている。当該溝の底部に電気配線１３が配されており、電気配線パッド１１が電気配線１３と電気的に接続されている。
電気配線１３は、液体吐出装置本体（不図示）と電気的に接続され、液体吐出装置本体が発する電力を、電気配線パッド１１を介してエネルギー発生素子３に伝える。エネルギー発生素子３は電力を受けて吐出エネルギーを液体に加え、当該液体を吐出口８から吐出する。
支持部材２の内部には流路１４が形成されている。流路１４の開口のうち流出口となる第１の流路開口１４ａは凹部の内側面のうちの供給口９と対向する位置に形成されており、第１の流路開口１４ａを介して流路１４が供給口９と連通している。流路１４の開口のうち流入口となる第２の流路開口１４ｂは、支持部材２の、第１の面２ａとは反対の側の第２の面３ｂに形成されている。
第１の流路開口１４ａは供給口９よりも大きいことが好ましい。第１の流路開口１４ａを供給口９よりも大きくすることで、液体が流路１４から供給口９へ供給されやすくなる。
吐出口形成部材６の第２の面６ｂと、第１の流路開口１４ａが形成された凹部の内側面と、の間の隙間は封止剤１５を用いて封止されており、当該隙間から液体が漏れないようになっている。供給口９や第１の流路開口１４ａは封止剤１５で塞がれておらず、液体の流れは阻害されない。
電気配線パッド１１や電気配線１３が封止剤１５を用いて被覆されていてもよい。電気配線パッド１１や電気配線１３を被覆することで、液体による電気配線パッド１１や電気配線１３の腐食が抑制される。
本実施形態によれば、供給口９が吐出口形成部材６の第２の面６ｂに形成されているので、基板本体４を小型化する際に供給口を小さくする必要性が低下する。したがって、圧力室７への液体の供給量を低下させるせることなく基板本体４を小型化することができる。
また、基板本体４に供給口９を形成する必要性が低下し、素子基板１の製造コストを削減しやすくすることができる。
また、シリコンウエハといった基板本体４に形成した貫通孔の両端の開口の一方を供給口として用いると、当該貫通孔内で気泡が発生する場合がある。本実施形態では、基板本体４には液体の流路となる貫通孔または供給口を形成しないことで、気泡の発生をより抑制することができる。
また、圧力室７に連通する供給口を基板本体４に形成した場合、吐出口形成部材６内の流路が比較的短くなる。その結果、吐出口形成部材６が当該流路を流れる液体により十分に冷却されないことがあった。このような場合、吐出口形成部材６の温度が上昇し、吐出口形成部材６の温度分布にばらつきが生じやすい。吐出口形成部材６の温度分布のばらつきが原因で、各吐出口から吐出される液体の量がばらつくことがあった。
本実施形態では、吐出口形成部材６の第２の面６ｂに供給口９が形成されているので、吐出口形成部材６内の流路が比較的長くなる。したがって、液体が吐出口形成部材６に接する時間が長くなり、吐出口形成部材６が十分に冷却される。その結果、吐出口形成部材６の温度分布のばらつきが抑制され、各吐出口から吐出される液体の量のばらつきを抑制することが可能になる。
ここで、図２を用いて液体吐出ヘッドのいくつかの具体例を説明する。図２（ａ）は図１に示される液体吐出ヘッドの上面図である。図２（ｂ）および（ｃ）は図１に示される液体吐出ヘッドとは形態が異なる液体吐出ヘッドの上面図である。
図２（ａ）に示される例では、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂが形成されている。そして、吐出口形成部材６の、第１の面６ａ（図１参照）に隣接しかつＸ方向に沿って延びる２つの第２の面６ｂそれぞれに供給口９が形成されている。一方の供給口９が吐出口列１０ａの吐出口８に連通しており、他方の供給口９が吐出口列１０ｂの吐出口８に連通している。
また、第１の流路開口１４ａは、支持部材２の凹部の内側面のうち供給口９と対向する２つの面のそれぞれに形成されている。したがって、吐出口列１０ａの吐出口８には一方の第１の流路開口１４ａから液体が供給され、吐出口列１０ｂの吐出口８には他方の第１の流路開口１４ａから液体が供給される。
この例では、吐出口８の数を比較的多くすることができるため、より短い時間により多くの液体を吐出することが可能になる。
図２（ｂ）に示される例では、吐出口列１０は１つだけ形成されている。吐出口形成部材６の、第１の面６ａ（図１参照）に隣接しかつＸ方向に沿って延びる２つの第２の面６ｂそれぞれに供給口９が形成されている。そして、両方の供給口９が吐出口列１０の吐出口８に連通している。
また、第１の流路開口１４ａは、支持部材２の凹部の内側面のうち供給口９と対向する２つの面のそれぞれに形成されている。したがって、吐出口列１０の吐出口８には、両方の第１の流路開口１４ａから液体が供給される。
この例では、２つの供給口９が１つの吐出口８に連通しているので、より多くの液体が吐出口８に供給されやすくなる。
図２（ｃ）に示される例では、吐出口列１０は１つだけ形成されている。そして、吐出口形成部材６の、第１の面６ａ（図１参照）に隣接しかつＸ方向に沿って延びる２つの第２の面６ｂのうち一方にのみ供給口９が形成されている。そして、１つの供給口９が吐出口列１０の吐出口８に連通している。
また、第１の流路開口１４ａは、支持部材２の凹部の内側面のうち供給口９と対向する面にのみ形成されている。したがって、吐出口列１０の吐出口８には、１つの第１の流路開口１４ａから液体が供給される。
この例では、吐出口形成部材６に１つの供給口９しか形成されていないので、吐出口形成部材６をより小さくすることができる。その結果、素子基板１（図１参照）をより小型化することが可能になる。
続いて、素子基板１の製造方法、および素子基板１を備える液体吐出ヘッドの製造方法を、図３ないし７を用いて説明する。図３は素子基板１の製造過程を示す断面図である。
素子基板１を製造するには、まず、図３（ａ）に示すように、エネルギー発生素子３やロジック回路（不図示）が基板本体４上に配置される。続いて、図３（ｂ）に示すように、基板本体４上に中間層５が形成される（中間層形成工程）。
中間層５は熱可塑性樹脂材料を用いて形成される。具体的には、まず、熱可塑性樹脂材料をスピンコート法により基板本体４上に塗布し、オーブン炉にて当該熱可塑性樹脂材料をベークし、熱可塑性樹脂材料を硬化させる。その後、硬化した熱可塑性樹脂材料をドライエッチング法により選択的に除去することで、中間層５が形成される。
本実施形態では、中間層５を２μｍの厚さで形成した。熱可塑性樹脂材料としては、例えば、ポリエーテルアミド樹脂（製品名：ＨＩＭＡＬ−１、日立化成株式会社製）等を用いることができる。
中間層形成工程後、図３（ｃ）に示すように、供給口９（図１参照）となる部分から圧力室７（図１参照）となる部分までに型材１６が形成される（型材形成工程）。型材１６は溶解可能なポジ型感光性樹脂材料を用いて形成される。具体的には、溶解可能なポジ型感光性樹脂材料をスピンコート法により基板本体４、エネルギー発生素子３および中間層５上に塗布し、当該ポジ型感光性樹脂材料を選択的に露光・現像をすることで型材１６が形成される。
本実施形態では、基板本体４からの厚みが１８μｍの型材１６を形成した。溶解可能なポジ型感光性樹脂材料としては、例えば、ポジ型Ｄｅｅｐ−ＵＶレジスト（製品名：ＯＤＵＲ、東京応化工業株式会社製）等を用いることができる。
型材形成工程後、図３（ｄ）に示すように、吐出口形成部材６が中間層５および型材１６上に形成される（吐出口部材形成工程）。このとき、型材１６の、供給口９となる部位は吐出口形成部材６で覆われない。また、吐出口部材形成工程において、吐出口８が形成される。
吐出口形成部材６および吐出口８は、ネガ型の感光性樹脂材料を用いて形成される。具体的には、ネガ型の感光性樹脂材料をスピンコート法により中間層５および型材１６上に塗布し、選択的に当該感光性樹脂材料の露光・現像をする。その後、オーブン炉にて感光性樹脂材料を１４０℃／６０ｍｉｎで硬化させることで、吐出口形成部材６が形成される。
本実施形態では、中間層５からの厚みが７０μｍの吐出口形成部材６を形成した。ネガ型の感光性樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂（製品名：ＥＨＰＥ−３１７０、ダイセル化学株式会社製）等を用いることができる。
吐出口部材形成工程後、型材１６を除去することで、圧力室７および供給口９が形成される（供給口形成工程、図３（ｅ）参照）。本実施形態では、４０℃に加熱温調した乳酸メチルに型材１６を浸漬し２００ｋＨｚ／２００Ｗの超音波を乳酸メチルに加えることで、型材１６を溶出させて圧力室７および供給口９を形成した。
以上の工程により、素子基板１が完成する。
なお、本実施形態では、基板本体４と吐出口形成部材６との間の密着性を高めるために中間層５が形成されている。基板本体４と吐出口形成部材６とが直接接していても十分に密着性が確保される場合には、中間層５を形成する必要はない。
図４は支持部材２（図１参照）の製造過程を示す断面図である。ここでは、５つの構成部材を重ねてなる支持部材２の製造方法について説明する。
支持部材２（図１参照）を製造するには、まず、図４（ａ）に示すように、第２の流路開口１４ｂとなる第１の貫通穴１７が形成された第１の構成部材１８が用意される。図５（ａ）は、第１の構成部材１８の上面図である。
第１の構成部材１８の面のうち第１の貫通穴１７の両端の開口の一方が位置する面１８ａが、支持部材２の第２の面３ｂ（図１参照）となる。本実施形態では、第１の構成部材１８の厚さを１０００μｍとした。
続いて、図４（ｂ）に示すように、第２の貫通穴１９が形成された第２の構成部材２０が、第１の構成部材１８の、第１の貫通穴１７の両端の開口の他方が形成された面１８ｂ上に形成される。図５（ｂ）は第２の構成部材２０の上面図である。
第２の貫通穴１９は、第２の構成部材２０の、第１の構成部材１８に接する面２０ａと、面２０ａとは反対の側の面２０ｂとの間を貫通している。そして、第２の貫通穴１９は第１の貫通穴１７と連通している。本実施形態では、第２の構成部材２０の厚さを１０００μｍとした。
その後、図４（ｃ）に示すように、第３の貫通穴２１が形成された第３の構成部材２２が第２の構成部材２０の面２０ｂ上に形成される。図５（ｃ）は第３の構成部材２２の上面図である。
第３の構成部材２２は支持部材２（図１参照）の凹部の底部となる部分を含む。第３の貫通穴２１は、第３の構成部材２２の、第２の構成部材２０に接する面２２ａと、面２２ａとは反対の側の面２２ｂとの間を貫通している。そして、第３の貫通穴２１は第２の貫通穴１９と連通している。本実施形態では、第３の構成部材２２の厚さを１０００μｍとした。
続いて、図４（ｄ）に示されるように、第４の貫通穴２３が形成された第４の構成部材２４が第３の構成部材２２の面２２ｂ上に形成される。図５（ｄ）は第４の構成部材２４の上面図である。
第４の貫通穴２３は、第４の構成部材２４の、第３の構成部材２２に接する面２４ａと、面２４ａとは反対の側の面２４ｂとの間を貫通している。そして、第４の貫通穴２３は第３の貫通穴２１と連通している。
また、第４の貫通穴２３は、支持部材２（図１参照）の凹部の底部となる部分の上に位置している。すなわち、第４の貫通穴２３の一部は支持部材２の凹部の一部となる。本実施形態では、第４の構成部材２４の厚さを２５０μｍとした。
第４の構成部材２４が形成されたところで、図４（ｅ）に示すように、第５の貫通穴２５が形成された第５の構成部材２６が第４の構成部材２４の面２４ｂ上に形成される。図５（ｅ）は第５の構成部材２６の上面図である。
第５の貫通穴２５は、第５の構成部材２６の、第４の構成部材２４に接する面２６ａと、面２６ａとは反対の側の面２６ｂとの間を貫通している。また、第５の貫通穴２５は支持部材２（図１参照）の凹部の底部となる部分の上にのみ位置している。すなわち、第５の貫通穴２５の一部は支持部材２の凹部の一部となり、第５の構成部材２６の面２６ｂが支持部材２の第１の面２ａ（図１参照）となる。本実施形態では、第５の構成部材２６の厚さを５０μｍとした。
以上の工程により、支持部材２が完成する。第１ないし第５の構成部材１８，２０，２２，２４，２６を積層して積層体とした後当該積層体を焼成し、支持部材２を一体成形された１つの部材としてもよい。
第１ないし第５の構成部材１８，２０，２２，２４，２６は、耐インク性を有し、接着剤等で素子基板１（図１参照）を接着可能な材料からなることが好ましい。また、基板本体４（図１参照）の線膨張率と同程度の線膨張率を有し、且つ基板本体４の熱伝導率と同程度、もしくは同程度以上の熱伝導率を有する材料がより好ましい。
本実施形態では、アルミナ（酸化アルミニウム）を用いて第１ないし第５の構成部材１８，２０，２２，２４，２６を形成したが、支持部材２の材料はアルミナに限定されるものではない。例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などを用いて支持部材２を形成することができる。
図６は素子基板１を支持部材２に取り付ける取り付け工程を説明するための断面図である。
まず、図６（ａ）に示すように、支持部材２の凹部の底部に接着剤１２が塗布される。本実施形態では、当該底部のうち、基板本体４の裏面４ｂ（図１参照）が配される領域に接着剤１２を塗布した。接着剤１２としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性を有する樹脂材料を用いることができる。
続いて、図６（ｂ）に示すように、支持部材２の凹部に素子基板１が配置される。このとき、基板本体４の裏面４ｂが接着剤１２を用いて支持部材２の凹部の底部に固定される。供給口９が第１の流路開口１４ａに対向し、流路１４が供給口９に連通する。
その後、図６（ｃ）に示すように、吐出口形成部材６の第２の面６ｂと支持部材２の凹部の内側面との間の隙間に封止剤１５が充填される。封止剤１５で当該隙間を塞ぐことで、液体は当該隙間から漏れることなく流路１４から供給口９へ供給され、吐出口８から吐出される。
本実施形態では、毛細管現象を利用して吐出口形成部材６と支持部材２との間の隙間に封止剤１５を充填した。具体的には、当該隙間の周辺に適量の封止剤１５を塗布し、所定の時間放置する。毛細管現象により封止剤１５が当該隙間に入り込み、当該隙間が封止剤１５で満たされる。封止剤１５の塗布量を調整することで、封止剤１５は、供給口９や第１の流路開口１４ａを塞ぐことなく当該隙間を塞ぐ。
以上の工程により、素子基板１が支持部材２に取り付けられ、液体吐出ヘッドが完成する。
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る素子基板および液体吐出ヘッドについて、図７を用いて説明する。なお、第１の実施形態の要素と同じ要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
続いて、本発明の第２の実施形態に係る素子基板および液体吐出ヘッドについて、図７を用いて説明する。なお、第１の実施形態の要素と同じ要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図７（ａ）は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの部分断面斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示されるＢ−Ｂ’面で液体吐出ヘッドを切断したときの断面図である。
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、供給口９が形成される第２の面６ｂは、第１の面６ａに隣接しかつＸ方向と交っている。そして、供給口９は、吐出口列１０が並ぶＹ方向に沿って延びる長方形形状を有している。
吐出口形成部材６はＹ方向に関して基板本体４よりも短く、素子配置面４ａのＹ方向における両端部は吐出口形成部材６で覆われていない。当該両端部に電気配線パッド１１が形成されている。
支持部材２の第１の面２ａには、凹部からＹ方向に延びる溝が形成されている。そして、当該溝の底部に電気配線１３が配されており、電気配線パッド１１が電気配線１３と電気的に接続されている。
本実施形態によれば、供給口９が吐出口形成部材６の第２の面６ｂに形成されているので、基板本体４を小型化する際に供給口を小さくする必要性が低下する。したがって、圧力室７への液体の供給量を低下させるせることなく基板本体４を小型化することができる。
また、基板本体４に供給口９を形成する必要性が低下し、素子基板１の製造コストを削減しやすくすることができる。
また、シリコンウエハといった基板本体４に形成した貫通孔の両端の開口の一方を供給口として用いると、当該貫通孔内で気泡が発生する場合がある。本実施形態では、基板本体４には液体の流路となる貫通孔または供給口を形成しないことで、気泡の発生をより抑制することができる。
また、圧力室７に連通する供給口を基板本体４に形成した場合、吐出口形成部材６内の流路が比較的短くなる。その結果、吐出口形成部材６が当該流路を流れる液体により十分に冷却されないことがあった。このような場合、吐出口形成部材６の温度が上昇し、吐出口形成部材６の温度分布にばらつきが生じやすい。吐出口形成部材６の温度分布のばらつきが原因で、各吐出口から吐出される液体の量がばらつくことがあった。
本実施形態では、吐出口形成部材６の第２の面６ｂに供給口９が形成されているので、吐出口形成部材６内の流路が比較的長くなる。したがって、液体が吐出口形成部材６に接する時間が長くなり、吐出口形成部材６が十分に冷却される。その結果、吐出口形成部材６の温度分布のばらつきが抑制され、各吐出口から吐出される液体の量のばらつきを抑制することが可能になる。
ここで、図８を用いて、液体吐出ヘッドのいくつかの具体例を説明する。図８（ａ）は図７に示される液体吐出ヘッドの上面図である。図８（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、図７に示される液体吐出ヘッドとは形態が異なる液体吐出ヘッドの上面図である。
図８（ａ）に示される例では、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂが形成されている。そして、吐出口形成部材６の、第１の面６ａ（図１参照）に隣接しかつＸ方向と交わる２つの第１の面７ｂそれぞれに供給口９が形成されている。
一方の供給口９と他方の供給口９とに連通する流路が、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの周りに形成されている。また、当該流路は吐出口８に連通している。したがって、両方の供給口９が全ての吐出口８に連通している。
この例では、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間に流路を形成する必要がないので、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間の間隔を小さくすることができる。
図８（ｂ）に示される例では、吐出口８は、３つの吐出口群２７ａ，２７ｂ，２７ｃに分けられている。それぞれの吐出口群２７ａ，２７ｂ，２７ｃには２つの吐出口列１０ａ，１０ｂが含まれている。
供給口９は、吐出口形成部材６の、第１の面６ａ（図１参照）に隣接しかつＸ方向と交わる２つの第２の面６ｂそれぞれに３つ形成されている。２つの第２の面６ｂの一方に形成された３つの供給口９の１つと、他方に形成された３つの供給口の１つと、に連通する流路が、吐出口群２７ａの周りに形成されている。また、当該流路は吐出口群２７ａの吐出口８に連通している。
吐出口群２７ａの周りの流路と同様に、吐出口群２７ｂの周りに別の流路が形成されており、当該流路が吐出口群２７ｂの吐出口８に連通している。吐出口群２７ｃの周りにさらに別の流路が形成されており、当該流路が吐出口群２７ｃの吐出口８に連通している。
この例では、それぞれの吐出口群２７ａ，２７ｂ，２７ｃに含まれる２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間に流路を形成する必要がないので、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間の間隔を小さくすることができる。また、それぞれの吐出口群２７ａ，２７ｂ，２７ｃの吐出口８は別々の供給口９に連通しているので、１つの素子基板１で異なる種類の液体（例えば、異なる色のインク）を吐出することができる。
図８（ｃ）に示される例では、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂが形成されている。そして、吐出口形成部材６の、第１の面６ａ（図１参照）に隣接しかつＸ方向と交わる２つの第２の面６ｂそれぞれに供給口９が形成されている。
一方の供給口９と他方の供給口９とに連通する１つの流路が、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間に形成されている。また、当該流路は２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの吐出口８に連通している。したがって、両方の供給口９が全ての吐出口８に連通している。
この例では、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間を延びる１つの流路が全ての吐出口８に連通しているので、吐出口列１０ａの吐出口８に供給される液体の量と、吐出口列１０ｂの吐出口８に供給される液体の量と、の間の差を小さくすることができる。
図８（ｄ）に示される例では、吐出口８は、３つの吐出口群２７ａ，２７ｂ，２７ｃに分けられている。それぞれの吐出口群２７ａ，２７ｂ，２７ｃには２つの吐出口列１０ａ，１０ｂが含まれている。
供給口９は、吐出口形成部材６の、第１の面６ａ（図１参照）に隣接しかつＸ方向と交わる２つの第２の面６ｂそれぞれに３つ形成されている。２つの第２の面６ｂの一方に形成された３つの供給口９の１つと、他方に形成された３つの供給口の１つと、に連通する１つの流路が、吐出口群２７ａの２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間に形成されている。また、当該流路は吐出口群２７ａの吐出口８に連通している。
吐出口群２７ａの２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間の流路と同様に、吐出口群２７ｂの２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間に別の流路が形成されており、当該流路が吐出口群２７ｂの吐出口８に連通している。吐出口群２７ｃの２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間にさらに別の流路が形成されており、当該流路が吐出口群２７ｃの吐出口８に連通している。
この例では、それぞれの吐出口群２７ａ，２７ｂ，２７ｃにおいて、２つの吐出口列１０ａ，１０ｂの間を延びる１つの流路が吐出口列１０ａ，１０ｂの吐出口８ａに連通している。したがって、吐出口列１０ａの吐出口８に供給される液体の量と、吐出口列１０ｂの吐出口８に供給される液体の量と、の間の差を小さくすることができる。また、それぞれの吐出口群２７ａ，２７ｂ，２７ｃに含まれる吐出口８は別々の供給口９に連通しているので、１つの素子基板１で異なる種類の液体（例えば、異なる色のインク）を吐出することができる。
続いて、素子基板１の製造方法、および素子基板１を備える液体吐出ヘッドの製造方法を、図９ないし１２を用いて説明する。図９は素子基板１の製造過程を示す断面図である。
素子基板１を製造するには、まず、図９（ａ）に示すように、エネルギー発生素子３やロジック回路（不図示）が基板本体４上に配置される。続いて、図９（ｂ）に示すように、基板本体４上に中間層５が形成される。
中間層５は熱可塑性樹脂材料を用いて形成される。具体的には、まず、熱可塑性樹脂材料をスピンコート法により基板本体４上に塗布し、オーブン炉にて当該熱可塑性樹脂材料をベークし、熱可塑性樹脂材料を硬化させる。その後、硬化した熱可塑性樹脂材料をドライエッチング法により選択的に除去することで、中間層５が形成される（中間層形成工程）。
本実施形態では、中間層５を２μｍの厚さで形成した。熱可塑性樹脂材料としては、例えば、ポリエーテルアミド樹脂（製品名：ＨＩＭＡＬ−１、日立化成株式会社製）等を用いることができる。
中間層形成工程後、図９（ｃ）に示すように、供給口９（図１参照）となる部分から圧力室７（図１参照）となる部分までに型材１６が形成される（型材形成工程）。型材１６は溶解可能なポジ型感光性樹脂材料を用いて形成される。具体的には、溶解可能なポジ型感光性樹脂材料をスピンコート法により基板本体４、エネルギー発生素子３および中間層５上に塗布し、選択的に当該ポジ型感光性樹脂材料を露光・現像をすることで型材１６が形成される。
本実施形態では、基板本体４からの厚みが１８μｍの型材１６を形成した。溶解可能なポジ型感光性樹脂材料としては、例えば、ポジ型Ｄｅｅｐ−ＵＶレジスト（製品名：ＯＤＵＲ、東京応化工業株式会社製）等を用いることができる。
型材形成工程後、図９（ｄ）に示すように、吐出口形成部材６が中間層５および型材１６上に形成される（吐出口部材形成工程）。このとき、型材１６の、供給口９となる部位は吐出口形成部材６で覆われない。また、吐出口部材形成工程において、吐出口８が形成される。
吐出口形成部材６および吐出口８は、ネガ型の感光性樹脂材料を用いて形成される。具体的には、ネガ型の感光性樹脂材料をスピンコート法により中間層５および型材１６上に塗布し、選択的に当該感光性樹脂材料の露光・現像をする。その後、オーブン炉にて感光性樹脂材料を１４０℃／６０ｍｉｎで硬化させることで、吐出口形成部材６が形成される。
本実施形態では、中間層５からの厚みが７０μｍの吐出口形成部材６を形成した。ネガ型の感光性樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂（製品名：ＥＨＰＥ−３１７０、ダイセル化学株式会社製）等を用いることができる。
吐出口部材形成工程後、図３（ｅ）に示すように、型材１６を除去することで、圧力室７および供給口９が形成される（供給口形成工程）。本実施形態では、４０℃に加熱温調した乳酸メチルに型材１６を浸漬し２００ｋＨｚ／２００Ｗの超音波を乳酸メチルに加えることで、型材１６を溶出させて供給口９を形成した。
以上の工程により、素子基板１が完成する。
なお、本実施形態では、基板本体４と吐出口形成部材６との間の密着性を高めるために中間層５を形成している。基板本体４と吐出口形成部材６とが直接接していても十分に密着性が確保される場合には、中間層５を形成する必要はない。
図１０は支持部材２の製造過程を示す断面図である。ここでは、５つの構成部材を重ねてなる支持部材２の製造方法について説明する。
支持部材２を製造するには、まず、図１０（ａ）に示すように、第１の貫通穴１７が形成された第１の構成部材１８が用意される。図１１（ａ）は、第１の構成部材１８の上面図である。
第１の構成部材１８の面のうち第１の貫通穴１７の開口の一方が形成された面１８ａが、支持部材２の第２の面３ｂ（図１参照）となる。第１の貫通穴１７の、面１８ａに配された開口が第２の流路開口１４ｂ（図１参照）となる。第１の貫通穴１７は、面１８ａと、第１の構成部材１８の、面１８ａとは反対の側の面１８ｂとの間を貫通している。本実施形態では、第１の構成部材１８の厚さを１０００μｍとした。
続いて、図１０（ｂ）に示すように、第２の貫通穴１９が形成された第２の構成部材２０が、第１の構成部材１８の面１８ｂ上に形成される。図１１（ｂ）は第２の構成部材２０の上面図である。
第２の貫通穴１９は、第２の構成部材２０の、第１の構成部材１８に接する面２０ａと、面２０ａとは反対の側の面２０ｂとの間を貫通している。そして、第２の貫通穴１９は第１の貫通穴１７と連通している。本実施形態では、第２の構成部材２０の厚さを１０００μｍとした。
その後、図１０（ｃ）に示すように、第３の貫通穴２１が形成された第３の構成部材２２が第２の構成部材２０の面２０ｂ上に形成される。図１１（ｃ）は第３の構成部材２２の上面図である。
第３の構成部材２２は支持部材２（図１参照）の凹部の底部となる部分を含む。第３の貫通穴２１は、第３の構成部材２２の、第２の構成部材２０に接する面２２ａと、面２２ａとは反対の側の面２２ｂとの間を貫通している。そして、第３の貫通穴２１は第２の貫通穴１９と連通している。本実施形態では、第３の構成部材２２の厚さを１０００μｍとした。
続いて、図１０（ｄ）に示すように、第４の貫通穴２３が形成された第４の構成部材２４が第３の構成部材２２の面２２ｂ上に形成される。図１１（ｄ）は第４の構成部材２４の上面図である。
第４の貫通穴２３は、第４の構成部材２４の、第３の構成部材２２に接する面２４ａと、面２４ａとは反対の側の面２４ｂとの間を貫通している。そして、第４の貫通穴２３は第３の貫通穴２１と連通している。
また、第４の貫通穴２３は、支持部材２（図１参照）の凹部の底部となる部分の上に位置している。すなわち、第４の貫通穴２３の一部は、支持部材２の凹部の一部となる。本実施形態では、第４の構成部材２４の厚さを２５０μｍとした。
第４の構成部材２４を第３の構成部材２２上に形成したところで、図１０（ｅ）に示すように、第５の貫通穴２５が形成された第５の構成部材２６が第４の構成部材２４の面２４ｂ上に形成される。図１１（ｅ）は第５の構成部材２６の上面図である。
第５の貫通穴２５は、第５の構成部材２６の、第４の構成部材２４に接する面２６ａと、面２６ａとは反対の側の面２６ｂとの間を貫通している。また、第５の貫通穴２５は、支持部材２（図１参照）の凹部の底部となる部分の上にのみ位置している。すなわち、第５の貫通穴２５の一部は支持部材２の凹部の一部となり、第５の構成部材２６の面２６ｂが支持部材２の第１の面２ａ（図１参照）となる。本実施形態では、第５の構成部材２６の厚さを５０μｍとした。
以上の工程により、支持部材２が完成する。第１ないし第５の構成部材１８，２０，２２，２４，２６を積層して積層体とした後当該積層体を焼成し、支持部材２を一体成形された１つの部材としてもよい。
第１ないし第５の構成部材１８，２０，２２，２４，２６は、耐インク性を有し、接着剤等で素子基板１（図１参照）を接着可能な材料からなることが好ましい。また、基板本体４（図１参照）の線膨張率と同程度の線膨張率を有し、且つ基板本体４の熱伝導率と同程度、もしくは同程度以上の熱伝導率を有する材料がより好ましい。
本実施形態では、アルミナ（酸化アルミニウム）を用いて第１ないし第５の構成部材１８，２０，２２，２４，２６を形成したが、支持部材２の材料はアルミナに限定されない。例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などを用いて支持部材２を形成することができる。
図１２は素子基板１を支持部材２に取り付ける取り付け工程を説明するための断面図である。
まず、図１２（ａ）に示すように、支持部材２の凹部の底部に接着剤１２が塗布される。本実施形態では、当該底部のうち、基板本体４の裏面４ｂ（図１参照）が配される領域に接着剤１２を塗布した。接着剤１２としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性を有する樹脂材料を用いることができる。
続いて、図１２（ｂ）に示すように、支持部材２の凹部に素子基板１が配置される。このとき、基板本体４の裏面４ｂが接着剤１２を用いて支持部材２の凹部の底部に固定される。そして、供給口９と第１の流路開口１４ａとが互いに対向し、流路１４が供給口９に連通する。
その後、図１２（ｃ）に示すように、吐出口形成部材６と支持部材２との間の隙間に封止剤１５が充填される。封止剤１５で当該隙間を塞ぐことで、液体は当該隙間から漏れることなく流路１４から供給口９へ供給され、吐出口８から吐出される。
本実施形態では、毛細管現象を利用して吐出口形成部材６と支持部材２との間の隙間に封止剤１５を充填した。具体的には、当該隙間の周辺に適量の封止剤１５を塗布し、所定の時間放置する。毛細管現象により封止剤１５が当該隙間に入り込み、当該隙間が封止剤１５で満たされる。封止剤１５の塗布量を調整することで、封止剤１５は、供給口９や第１の流路開口１４ａを塞ぐことなく当該隙間を塞ぐ。
以上の工程により、素子基板１が支持部材２に取り付けられ、液体吐出ヘッドが完成する。
なお、第１および第２の実施形態では、供給口９が形成される第２の面６ｂは、第１の面６ａに隣接する面とされているが、第２の面６ｂは第１の面６ａとは異なる面であればよい。例えば、吐出口形成部材６の面のうち第１の面７ｂとは反対の側の面（図１，７等において、吐出口８が形成されている面）が第２の面６ｂであってもよい。
１ 素子基板
２ 支持部材
３ エネルギー発生素子
４ 基板本体
６ 吐出口形成部材
６ａ 第１の面
６ｂ 第２の面
７ 圧力室
８ 吐出口
９ 供給口
１４ 流路
１６ 形材
２ 支持部材
３ エネルギー発生素子
４ 基板本体
６ 吐出口形成部材
６ａ 第１の面
６ｂ 第２の面
７ 圧力室
８ 吐出口
９ 供給口
１４ 流路
１６ 形材
Claims (12)
- 液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板本体と、前記基板本体の上に配され、該エネルギー発生素子を包囲する圧力室と該圧力室に連通する吐出口とが形成された吐出口形成部材と、前記圧力室に前記液体を供給する供給口と、を備える素子基板と、
前記素子基板を支持するとともに前記供給口に連通する流路を有する支持部材と、
を備える液体吐出ヘッドであって、
前記供給口が、前記吐出口形成部材の、前記基板本体と接する第１の面とは異なる第２の面に形成され、
さらに前記支持部材は凹部を有し、
前記供給口が前記凹部の内側面と対向するように前記素子基板が前記凹部に配されており、
前記流路の開口が前記内側面の前記供給口と対向する位置に形成されており、
前記第２の面と前記内側面との間の隙間が封止剤を用いて封止されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記吐出口形成部材が所定の方向に沿って並ぶ複数の前記吐出口を有しており、
前記第２の面が、前記所定の方向に沿っている面、または前記所定の方向と交わっている面であることを特徴とする、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記基板本体は前記供給口が形成されていない部材であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板本体は貫通孔のない部材であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記流路の前記開口が前記供給口よりも大きい、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板本体と、前記基板本体の上に配され、該エネルギー発生素子を包囲する圧力室と該圧力室に連通する吐出口とが形成された吐出口形成部材と、前記圧力室に液体を供給する供給口と、を備え、前記供給口が、前記吐出口形成部材の、前記基板本体と接する第１の面とは異なる第２の面に形成されている、素子基板の製造方法であって、
前記エネルギー発生素子が形成された前記基板本体の上の、前記供給口となる部分から前記圧力室となる部分までに型材を形成する型材形成工程と、
前記基板本体および前記型材の上に、前記型材の、前記供給口となる部位を覆うことなく前記吐出口形成部材を形成する吐出口部材形成工程と、
前記型材を除去し、前記圧力室に連通する前記供給口を形成する供給口形成工程と、を含む、素子基板の製造方法。 - 前記吐出口部材形成工程において、前記吐出口となる部位を前記型材に所定の方向に沿って複数設け、前記供給口となる部位を、前記所定の方向に沿った前記型材の面、または前記所定の方向と交わる前記型材の面に設ける、請求項６に記載の素子基板の製造方法。
- 前記基板本体は前記供給口が形成されていない部材である、請求項６または７に記載の素子基板の製造方法。
- 前記基板本体は貫通孔のない部材である、請求項６ないし８のいずれか１項に記載の素子基板の製造方法。
- 液体吐出ヘッドの製造方法であって、
請求項６ないし９のいずれか１項に記載の製造方法を用いて製造された素子基板、および該素子基板を支持するとともに前記供給口に連通する流路を有する支持部材を用意する用意工程と、
前記素子基板を前記支持部材に取り付けて前記流路と前記供給口とを連通させる取り付け工程と、を含む、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記用意工程において用意される前記支持部材が凹部を有し、該凹部の内側面に前記流路の開口が形成されており、
前記取り付け工程において、前記供給口が前記開口と対向するように前記素子基板を前記支持部材の前記凹部に配置し、前記第２の面と前記内側面との間の隙間を封止剤を用いて封止する、請求項１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記流路の前記開口が前記供給口よりも大きい、請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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