JP6478763B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

従来から、吐出口からインクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドとして、インクジェット記録ヘッドが知られている。このような液体吐出ヘッドにおいて、吐出口が形成された吐出口形成部材は、一般に樹脂製であるため、インクなどの液体を吸収して徐々に膨潤し、この膨潤によって吐出口形成部材には応力が発生することが知られている。そこで、特許文献１には、応力が発生した場合でも梁状突起を設けることで吐出構成部材の剛性を高めることで高い信頼性を実現する液体吐出ヘッドが提案されている。図３（ａ）は、このような液体吐出ヘッドの吐出口部分を拡大して示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、複数の吐出口１を有する吐出口形成部材９は、複数のエネルギー発生素子（ヒータ）１０が設けられた基板１１に接合されている。吐出口形成部材９には、複数の吐出口１に加えて、複数の発泡室５および複数の流路６がそれぞれ形成され、基板１１には、吐出口１に液体を供給するための貫通孔である供給口２が形成されている。供給口２は、エネルギー発生素子１０すなわち吐出口１の配列方向に沿って細長く延びている。吐出口形成部材９の供給口に対向する位置には、この方向に沿って一対の梁状突起３が形成され、一対の梁状突起３は、その間にスリット４を備えている。さらに、吐出口形成部材９には、一対の梁状突起３から両方向に延びる複数の補強リブ７と、吐出口１に供給される液体中の異物を除去するフィルタとして機能する複数の柱状突起８とが形成されている。
このような構成によれば、梁状突起により剛性を高めつつ、吐出口形成部材９自体が膨潤することで梁状突起３に大きな応力が発生したとしても、その応力はスリット４で吸収され緩和される。その結果、吐出口形成部材９の基板１１との接合部分（特に柱状突起８）に作用する剪断応力を低減することができ、柱状突起８が基板１１から剥がれることを抑制することができる。

特開２０１２−５１２３５号公報

図３（ａ）および図３（ｂ）に示す液体吐出ヘッド２０では、一対の梁状突起３の間のスリット４によって、吐出口形成部材９の膨潤による応力を緩和して、吐出口形成部材９の剥がれを抑制することができる。しかしながら、吐出口形成部材９が例えば熱硬化性樹脂からなる場合、以下に示すように、スリット４の存在に起因する新たな問題が発生する。
図３（ｃ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す液体吐出ヘッド２０において、熱硬化性樹脂からなる吐出口形成部材９が硬化後に体積が収縮した様子を示す断面図であり、図３（ｂ）に対応する図である。吐出口形成部材９は、熱硬化工程において熱膨張した状態で硬化した後、温度の低下と共に収縮する。また、硬化時の乾燥によっても、その体積は収縮する。このような体積収縮により、吐出口形成部材９には収縮力が発生するが、梁状突起３では、体積が大きいため、発生する収縮力も大きくなる。その結果、梁状突起３の大きな収縮力が、吐出口形成部材９のスリット４に対応する部分４ａに大きな引張応力を生じさせ、亀裂を発生させる可能性がある。吐出口形成部材９のスリット４に対応する部分４ａに亀裂が発生すると、そこから液体の漏れが発生して、信頼性の低下を引き起こすことになる。
そこで、本発明の目的は、応力が発生した場合でも高い信頼性を実現する液体吐出ヘッドを提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子に液体を供給するための貫通孔であり、複数のエネルギー発生素子の配列方向に沿って延在する供給口と、を有する基板と、液体を吐出するための複数の吐出口と、基板に向かって突出し、供給口と対向する位置に上記配列方向に沿って形成される互いに並列する一対の梁状突起と、を有し、熱硬化性樹脂からなる吐出口形成部材と、を含み、一対の梁状突起が複数のエネルギー発生素子に対応する領域にわたって連続的に設けられ、吐出口形成部材の各梁状突起における厚さが、吐出口形成部材の一対の梁状突起の間のスリットにおける厚さよりも厚く、一対の梁状突起の間隔が、各梁状突起の上記配列方向と直交する方向の長さよりも大きいことを特徴とする。
この液体吐出ヘッドでは、一対の梁状突起に大きな収縮力が発生しても、その間隔（スリットの幅）が各梁状突起の幅よりも大きいことで、一対の梁状突起の間の部分に作用する引張応力をその部分全体に均一に分散させることができる。すなわち、一対の梁状突起の間の部分に引張応力が集中的に作用することを抑制して、その部分に亀裂が発生することを抑制することができる。

以上、本発明によれば、応力が発生した場合でも高い信頼性を実現する液体吐出ヘッドを提供することができる。

第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの拡大平面図および断面図である。 第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの拡大平面図および断面図である。 従来の液体吐出ヘッドの拡大平面図および断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの吐出口付近を拡大して示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
液体吐出ヘッド２０は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子（ヒータ）１０が設けられた基板１１と、基板１１のエネルギー発生素子１０が設けられた面に接合された吐出口形成部材９とを有している。基板１１は、例えばシリコンなどからなり、吐出口形成部材９は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなる。
また、液体吐出ヘッド２０は、液体を吐出するための複数の吐出口１と、各吐出口１に連通する複数の発泡室５と、各発泡室５に連通する複数の流路６と、複数の流路６に連通する供給口２とを有している。吐出口１、発泡室５、および流路６は、フォトリソグラフィ工程によって、基板１１のエネルギー発生素子１０に対応するように形成されている。すなわち、発泡室５が、エネルギー発生素子１０を内包するように形成され、吐出口１が、発泡室５内のエネルギー発生素子１０に対向する位置に形成されている。供給口２は、基板１１を貫通して吐出口形成部材９が接合された面に開口し、エネルギー発生素子１０すなわち吐出口１の配列方向に沿って延びるように、基板１１に形成されている。エネルギー発生素子１０は、供給口２の両側に所定のピッチで配列され、それに応じて、吐出口１も２つの吐出口列を構成している。例えば、エネルギー発生素子１０すなわち吐出口１のピッチおよび個数は、各々６００ｄｐｉ（千鳥配置の場合には１２００ｄｐｉ）で合計１２８０個であり、この場合、吐出口列の長さは約１．０７インチ（約２．７２ｃｍ）である。

また、液体吐出ヘッド２０は、吐出口形成部材９から基板１１に向かって突出するように形成され、基板１１に接合された複数の柱状突起８を有している。柱状突起８は、流路６の入口に面するように流路６と供給口２との間に設けられ、吐出口１に供給される液体中の異物を除去するフィルタとして機能する。吐出口形成部材９の柱状突起８における厚さは、吐出口形成部材９の基板１１に接合された部分の厚さＴ（以下、単に「吐出口形成部材の厚さ」という）に等しく、一例として、２６μｍである。
さらに、液体吐出ヘッド２０は、吐出口形成部材９から基板１１に向かって突出するように形成された一対の梁状突起３を有している。一対の梁状突起３は、吐出口形成部材９の供給口２に対向する位置に設けられ、供給口２が延びる方向、すなわち複数の吐出口１の配列方向に沿って並列し、その間にスリット４を備えている。また、一対の梁状突起３は、吐出口１の配列方向に沿った吐出口形成部材９の中心線に略対称に配置されている。吐出口形成部材９の梁状突起３における厚さ（以下、単に「梁状突起の厚さ」という）ｔ３は、吐出口形成部材９の厚さに実質的に等しい。したがって、梁状突起３は、大部分が基板１１に接触しておらず浮いた状態にあるが、長手方向の両端部（図示せず）では基板１１に接合されている。これにより、一対の梁状突起３は、吐出口形成部材９の、吐出口１の配列方向における剛性を高めるための補強部材として機能する。一対の梁状突起３の寸法は、一例として、スリット４の幅ａが４２μｍ、梁状突起３の幅ｂが１０μｍ、梁状突起３の厚さが、上述したように吐出口形成部材９の厚さに等しく、２６μｍである。また、吐出口形成部材９のスリット４における厚さ（以下、単に「スリットの厚さ」という）ｔ４は、吐出口形成部材９の流路６や発泡室５における厚さｔ９に等しく、一例として、１０μｍである。

本実施形態の液体吐出ヘッド２０では、上述したように、一対の梁状突起３は、その間隔、すなわちスリット４の幅ａが各梁状突起３の幅（梁状突起３が延びる方向と直交する方向の長さ）ｂよりも大きくなるように形成されている。以下、この効果について、図１（ｃ）を参照して説明する。図１（ｃ）は、熱硬化性樹脂からなる吐出口形成部材が硬化後に体積が収縮した様子を示す断面図であり、図１（ｂ）に対応する図である。
熱硬化性樹脂からなる吐出口形成部材９は、熱硬化工程において熱膨張した状態で硬化した後、温度の低下と共に熱収縮する。また、硬化時の乾燥によっても、その体積は収縮する。このように、吐出口形成部材９の体積が収縮すると、図１（ｃ）に示すように、体積が大きい梁状突起３は大きく収縮し、それが引張力として、吐出口形成部材９のスリット４に対応する部分（以下、単に「スリット対応部分」という）４ａに特に作用する。したがって、このスリット部分４ａには、その両側から梁状突起３による引張力が合成力として作用する。しかしながら、本実施形態では、梁状突起３の幅ｂよりも大きい幅ａを有する幅広のスリット４によって、このような合成力がスリット対応部分４ａに集中的に作用することを抑制することができる。すなわち、スリット対応部分４ａに作用する応力をその部分全体に均一に分散させることができ、その結果、スリット対応部分４ａに亀裂が発生することを抑制することができる。また、スリット対応部分４ａは、厚さｔ４が梁状突起３の厚さｔ３に比べて十分に薄く（例えば１０μｍ）、柔らかく変形しやすい。そのため、幅広のスリット４の場合、従来に比べて、その変形量が大きくなり、スリット対応部分４ａに作用する引張力をより吸収することができ、スリット対応部分４ａが破損することを抑制することができる。このような変形は、各吐出口による液体吐出性能に影響しないため、上述の収縮が発生しても、液体の吐出不良が発生することはない。
梁状突起３は、供給口２内に滞留した気泡が吐出口１内に侵入することを抑制する機能も有しているが、上述したように、例えば、梁状突起３の幅ｂが１０μｍであれば、スリット４の幅ａが４２μｍであっても、十分に気泡の侵入を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの吐出口付近を拡大して示す平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２（ｃ）は、図１（ｃ）に対応する図であり、本実施形態の液体吐出ヘッドにおける、吐出口形成部材が硬化後に体積が収縮した様子を示す断面図である。
本実施形態の液体吐出ヘッド２０は、一部の柱状突起８の代わりに、各梁状突起３と一体に形成され、吐出口形成部材９から基板１１に向かって突出する複数の補強リブ７を有している。複数の補強リブ７は、梁状突起３が延びる方向と交差する方向、本実施形態においては垂直な方向であって、各梁状突起３から離れる方向に延び、その先端部分が基板１１に接合されている。補強リブ７は、梁状突起３が延びる方向に沿って柱状突起８と交互に配置され、柱状突起８と同様に、液体中の異物を除去するフィルタとして機能する。補強リブ７の幅ｃは、柱状突起８の直径と等しく、吐出口形成部材９の補強リブ７における厚さｔ７は、吐出口形成部材９の厚さＴに等しく、一例として、２６μｍである。

本実施形態では、このような補強リブ７によって、吐出口形成部材９と基板１１との接合面積を増加させ、吐出口形成部材９と基板１１との密着性を高めることができる。さらには、吐出口形成部材９の、補強リブ７が延びる方向における剛性も向上させることできる。これにより、樹脂製である吐出口形成部材９が液体を吸収して膨潤し、それにより吐出口形成部材９（特に、柱状突起８）に剪断応力が発生した場合にも、出口形成部材９の基板１１からの剥がれを抑制することができる。また、当然のことながら、吐出口形成部材９の膨潤による応力は、スリット４でも吸収することができる。
一方で、補強リブ７は梁状突起３と一体に形成されているため、吐出口形成部材９の収縮による応力の影響は、第１の実施形態と比べて大きくなり、スリット対応部分４ａに作用する引張力も、第１の実施形態と比べて大きくなる。したがって、補強リブ７に発生する収縮力がスリット対応部分４ａへ伝達することを抑制するために、複数の補強リブ７は、その幅ｃが各梁状突起３の幅ｂよりも大きくなるように形成されていることが好ましい。これにより、補強リブ７に収縮力が発生しても、梁状突起３を変形させることで、その収縮力を緩和することができ、スリット対応部分４ａに作用する引張力を極力低減することができる。その結果、吐出口形成部材９の破損を回避することができる。
このように、本実施形態では、吐出口形成部材の収縮による応力だけでなく、膨潤による応力の影響も効果的に抑制することができる。

また、上述した各実施形態では、吐出口形成部材９が熱硬化性樹脂である液体吐出ヘッドについて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。吐出口形成部材が樹脂等で形成され、加熱されたり、液体を吸収したりすることで吐出口形成部材が変形する形態であれば、本発明は適用可能である。例えば、吐出口形成部材と基板との接合のために熱硬化性の接着剤を用いる場合や、液体吐出ヘッドの使用時にエネルギー発生素子の駆動等により吐出口形成部材が加熱される場合において、本発明は好適に適用できる。
また、上述した各実施形態では、一対の梁状突起３が互いに平行して延在する形態について説明したが、これに限られず、一対の梁状突起は互いに並列して延在していればよい。梁状突起の間隔や梁状突起の幅が部分によって異なる場合は、梁状突起の間隔が最も大きい部分の寸法が、梁状突起の幅が最も小さい部分の寸法より大きければよい。また、梁状突起は連続して延在する形態だけでなく、断続して延在する形態であってもよい。

１ 吐出口
２ 供給口
３ 梁状突起
９ 吐出口形成部材
１１ 基板

Claims (5)

1. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子に液体を供給するための貫通孔であり、前記複数のエネルギー発生素子の配列方向に沿って延在する供給口と、を有する基板と、
   液体を吐出するための複数の吐出口と、前記基板に向かって突出し、前記供給口と対向する位置に前記配列方向に沿って形成される互いに並列する一対の梁状突起と、を有し、熱硬化性樹脂からなる吐出口形成部材と、を含み、
   前記一対の梁状突起が前記複数のエネルギー発生素子に対応する領域にわたって連続的に設けられ、前記吐出口形成部材の前記各梁状突起における厚さが、前記吐出口形成部材の前記一対の梁状突起の間のスリットにおける厚さよりも厚く、
   前記一対の梁状突起の間隔が、該各梁状突起の前記配列方向と直交する方向の長さよりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記吐出口形成部材が、前記各梁状突起と一体に形成され、前記吐出口形成部材から前記基板に向かって突出し、前記各梁状突起から離れる方向に延びる複数の補強リブを有し、前記各補強リブの先端部分が基板に接合され、前記各補強リブの前記離れる方向と直交する方向の長さが、前記各梁状突起の前記配列方向と直交する方向の長さよりも大きい、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記吐出口形成部材が、該吐出口形成部材から前記基板に向かって突出し、前記基板に接合された複数の柱状突起を有し、前記複数の補強リブが、前記配列方向に沿って前記複数の柱状突起と交互に配置されている、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記一対の梁状突起は、長手方向の両端部が基板に接合されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記一対の梁状突起が、前記配列方向に沿った前記吐出口形成部材の中心線に対称に配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
   

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