JP6602337B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は液体吐出ヘッドに関する。

液体吐出ヘッドに用いられる基板として、複数の吐出口とこれらに液体を導く流路が形成された流路部材と、液体を吐出するためのエネルギを発生する素子がレイアウトされた素子基板とが貼り合わされて形成されたものがある。素子基板においては、流路部材の複数の流路に対し共通して液体を供給するための供給口が、素子基板を貫通する開口として形成される。

特許文献１には、シリコンから成る素子基板に対し、レーザー加工による未貫通孔を形成した後に、異方性エッチングを実施することで所望の供給口を安定して形成する方法が開示されている。一方、特許文献２には、異方性エッチングを用いて供給口を形成する際に、その内壁に梁を形成する方法が開示されている。空洞となる供給口が長手方向に延在するような構成であっても、その内壁に１つ以上の梁が形成されていれば、液体吐出ヘッドの機械的強度を向上させることができる。

特開２００７−２６９０１６号公報 特開２０１０−１４２９７２号公報

エネルギ発生素子として電気熱変換素子を用いるなど発熱量が大きい液体吐出ヘッドでは、流路部材と素子基板の熱膨張の違いから、チップクラックが生じることがある。そして、このようなチップクラックは、素子基板の特定箇所で発生し易い傾向がある。

しかしながら、液体吐出ヘッド全体の機械的強度を向上させることを目的とする特許文献２において、梁は供給口の中央部に１つ或は供給口内に等間隔に設けられており、必ずしもチップクラックが発生し易い箇所に相応する構成ではない。このため、特許文献２に開示されている位置に梁を設けても、チップクラックが生じる場合がある。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものである。よってその目的とするところは、チップクラックが発生し難い液体吐出ヘッドを提供することである。

そのために本発明は、液体を吐出するためのエネルギ発生素子が表面の長手方向に配列し、前記エネルギ発生素子のそれぞれに液体を共通して供給するための供給口が裏面から前記表面に貫通するように形成された素子基板と、液体を吐出するための吐出口が前記エネルギ発生素子のそれぞれに対応して形成された流路部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記供給口の内部には、前記長手方向の中心を含まない領域に、前記供給口の短手方向に対向する内壁を繋ぐ少なくとも１つの梁が形成されており、前記供給口の前記長手方向の一方の端部から他方の端部までの距離をＬ１、前記一方の端部から当該端部に最も近い位置にある前記梁の前記長手方向の中心までの距離をＬ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１≦０．２４０
が満たされていることを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ヘッドにおいてチップクラックの発生を抑えることができる。

液体吐出ヘッド用基板の一例を示す図である。 液体吐出ヘッドの組み立て構成を示す図である。 素子基板に供給口および梁を形成する工程を示す図である。 エッチング処理が完了した素子基板を示す図である。 素子基板における、梁の好適な形成位置を説明するための図である。 梁を設ける位置と数のバリエーションを示す図である。 検証に用いた液体吐出ヘッドの構成図である。 片側１箇所に梁を設けた場合の変形例を示す図である。 両側２箇所に梁を設けた場合の変形例を示す図である。 ４箇所に梁を設けた場合の変形例を示す図である。 チップクラックの発生状況を検証した結果を示す図である。

図１は、本実施形態で使用可能な液体吐出ヘッド用基板１（以下、単に基板１ともいう）の一例を示す図である。基板１は、平板形状を有する素子基板１０と流路部材９が図のＺ方向に積層されて構成される。流路部材９の表面には、複数の吐出口１１がＸ方向に配列して成る吐出口列がＹ方向に２列並列している。流路部材９の内部には、吐出口１１のそれぞれに液体を導く圧力室１２と、個々の圧力室１２に共通に接続する流路２５が形成されている。このような流路部材９の材料としては、構造材料としての高い機械的強度、素子基板１０との密着性、耐液性（例えば耐インク性）が求められるほか、さらに吐出口１１を微細にパターニングするための解像性が求められる。具体的な材料としては、熱硬化性の樹脂などが有用される。

素子基板１０の表面（第１面２１）には、個々の吐出口１１および圧力室１２に対応する位置に、液体を吐出するエネルギを発生させるためのエネルギ発生素子２が配設されている。また、素子基板１０においては、表面（第１面２１）から裏面（第２面２２）に貫通し第１面２１において流路部材９の流路２５と接続する、Ｘ方向に延在するスリット状の供給口５が形成されている。このような素子基板１０としては、シリコンで形成されたシリコン基板を用いることが好ましい。特に、本実施形態においては、表面の結晶方位が（１００）であり、厚みが５８０μm〜７５０μmのシリコン基板を用いることが好ましい。

素子基板１０の第２面２２から供給口５に供給された液体は、流路部材９の流路２５を介して、個々の圧力室１２に導かれる。そして、吐出信号に応じた電圧パルスがエネルギ発生素子２に印加されると、エネルギ発生素子２に接触する液体が急激に加熱され、膜沸騰に伴う泡の成長エネルギによって、吐出口１１から液体が滴として吐出される。

供給口５の内部において、Ｘ方向の少なくとも１箇所には、Ｙ方向に向かい合う内壁を繋ぐ梁５１が設けられている。梁５１は、Ｚ方向については供給口５の内壁の一部に設けられており、供給口５に流入する液体は梁５１の前後で合流可能になっている。

図２は、図１で示した液体吐出ヘッド用基板１を用いた液体吐出ヘッド８の組み立て構成を示す図である。液体吐出ヘッド用基板１は、吐出口１１と反対の面、即ち素子基板の第２面２１にて、支持部材２６に接合支持される。そして、基板１の周囲には、基板１を囲う開口を有し、支持部材２６と基板１との段差を緩和するためのプレート３が接合される。プレート３には、基板１を囲う開口を有し基板１に電気信号を送るための電気配線テープ２８が接合され、電気配線テープ２８にはコネクト基板２９が電気接続される。支持部材２６、プレート３、基板１、配線テープ２８及び配線コネクト基板２９の全てを接合した構成が、液体吐出ヘッドユニット７である。この液体吐出ヘッドユニット７を更に液体を保持するサブタンク１３と結合することにより、液体吐出ヘッド８が完成する。

以下、液体吐出ヘッドユニット７の組立工程を具体的に説明する。まず、基板１およびプレート３を支持部材２６に接着させる。そして、配線テープ２８および配線コネクト基板２９を、インナーリードボンディング（ＩＬＢ：ｉｎｎｅｒ ｌｅａｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）によってプレート３と電気的に接合する。次に、基板１の周囲であって基板１とプレート３の隙間に、インクや異物から隙間を保護するための第１の封止剤を塗布する。更に第１の封止剤が硬化した後、電気接続部において配線の腐食やショート等を防ぐための第２の封止剤（ＩＬＢ封止剤）を塗布する。

先行して塗布される第１の封止剤としては、基板１とプレート３の間に形成される隙間を短時間に流れ速やかに充填されることが要求される。後続して塗布され表面に露出する第２の封止剤としては、液体吐出ヘッド８の実動作において吐出口１１の配設面を清掃するワイパー等の擦りや紙等との接触によって剥がれないことが求められる。具体的には、熱あるいは光によって硬化するエポキシ樹脂を用いることが好ましい。

図２に示す液体吐出ヘッド８において、基板１に配列する個々の圧力室１２にはサブタンク１３から支持部材２６を介して液体が供給され、基板１に配列する個々のエネルギ発生素子２には配線コネクト基板２９および配線テープ２８を介して吐出信号が入力される。個々のエネルギ発生素子２が吐出信号に従って個別に駆動されることにより、対応する吐出口１１より対応するタイミングで液滴がＺ方向に吐出される。例えばインクジェット記録装置の場合は、記録信号に従って所定の吐出口より所定のタイミングでインク滴がＺ方向に吐出され、Ｚ方向に配置された記録媒体に画像が記録される。

図３（ａ）〜（ｃ）は、素子基板１０において供給口５および梁５１を形成する工程を説明する図である。ここでは簡単のため、素子基板１０の−Ｘ方向側の一部のみを示している。エネルギ発生素子２については、供給口５を形成する前に形成することが好ましい。本実施形態では、特許文献２に開示されている方法を応用して、供給口５を形成する。以下、具体的に説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、素子基板１０の第１面２１に犠牲層１５を形成する。第１面２１とは、エネルギ発生素子２が配され、流路部材９と接触する側の面である。犠牲層１５とは、後に行われるエッチング工程において、梁５１や供給口５の内壁を所望の形状で形成するために、第１面２１における供給口５の形状（開口寸法）を制御するための層である。犠牲層１５は、基板１よりもエッチング速度が速い材料であることが好ましく、例えばＡｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ等を用いることができる。犠牲層１５の代わりに空隙部を設けても、上記と同等の効果を得ることはできる。犠牲層１５は、供給口５を形成しようとする領域に対応する第１面２１の領域にのみ形成するが、具体的にはＸ方向に５ｍｍ〜４０ｍｍ、Ｙ方向に２００μｍ〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。

犠牲層１５の更に上面であって第１面２１の全域には、エッチング耐性を有するパッシベイション層１４（エッチングストップ層）を積層する。パッシベイション層１４はエッチングの進行を止めるための層であり、例えばＳｉＯ₂やＳｉＮを用いることができる。犠牲層１５が設けられていない位置では、パッシベイション層１４は第１面２１上に直接設けられる。

一方、第１面２１と反対の第２面２２は、Ｘ方向（供給口５の延在方向）において、第１領域、第２領域、第３領域に区分して管理される。第１領域は、後に梁５１が形成される領域に相当する。形成したい梁５１の幅に基づいて、Ｘ方向の大きさは調整可能であるが、６００μｍ〜３ｍｍ程度とすることが好ましい。第２領域は、第１領域に隣接し、第１面２１側からの梁５１のエッチングに寄与する領域である。第２領域についても、形成したい梁５１の形状に基づいてＸ方向の大きさは調整可能であるが、８０μｍ〜７２０μｍとすることが好ましい。第３領域は、第１領域とは分離されて第２領域に隣接する、上記第１、第２領域以外の領域である。第１領域、第２領域、第３領域は、供給口５内には複数の梁５１を設けるために、上記位置関係を満足させながらＸ方向に複数設けることができる。

第２面２２において、第１領域および供給口５を形成しない領域には例えばＳｉＯ₂から成る酸化膜４が形成され、更にその上に保護膜６が形成される。保護膜６としては、例えばポリエーテルアミド樹脂を用いることができる。但し、保護膜６は設けなくてもよい。

第２領域および第３領域には、第２面２２よりレーザー光を照射して、複数の未貫通孔３１を形成する。未貫通孔３１は、後に行われるエッチング処理においてエッチング液を導きシリコン層（シリコン基板）の浸食を促すための機構であり、５μｍ〜１００μｍ程度の直径、素子基板１０の厚みの４０％〜９５％程度の深さ（Ｚ方向の長さ）を有することが好ましい。未貫通孔３１の配列条件については後に詳しく説明するが、第２領域の配列密度は第３領域よりも高くなっている。

以上説明したような素子基板１０に対する加工が完了し、図３（ａ）のような状態が得られると、次に、第２面２２から異方性エッチングを行う。エッチング液としては、例えば、ＴＭＡＨやＫＯＨ等の強アルカリ溶液などを用いることができる。本実施形態においては、酸化膜４が形成されている第１領域のシリコン層は浸食されず、図３（ｂ）に示すように、第２領域と第３領域でのみ層が浸食される。この際、未貫通孔３１の配列密度の高い第２領域の方が配列密度の低い第３領域よりもエッチングの進行が速く、早期に犠牲層１５に近づく。

図３（ｂ）の状態から更にエッチングが進むと、エッチング液は第２領域および第３領域の順に第１の面に形成された犠牲層１５に到達する。犠牲層１５まで到達したエッチング液は、更に犠牲層１５を浸食しながら第１面の側から第１領域に進入する。このため、第１領域に対応するシリコン層の部分は、第１面の側（即ち＋Ｚ方向）からと既に浸食が完了している±Ｘ方向の両側から浸食を受け、異なる結晶面に対応する複数の面を有する形状となっていく（図３（ｃ））。

図３（ｃ）の状態から更にエッチングが進むと、残存するシリコン層の部分は、図３（ｄ）に示すように、第１面の酸化膜４の方向に徐々に小さくなる。そして、シリコン層が適切な大きさになった時点でエッチングは完了する。

図４（ａ）〜（ｃ）は、エッチング処理が完了した状態の素子基板１０を示している。エッチング処理によって浸食された領域が結果的に供給口５となり、残存したシリコン層が結果的に梁５１となる。図４（ａ）は図３（ａ）〜（ｃ）と同様の断面図、図４（ｂ）は梁５１部分の拡大図、図４（ｃ）は素子基板１０の上面図である。

断面が五角形である梁５１は、供給口５の内部において、Ｙ方向に対向する内壁を繋ぐように、短手方向（Ｙ方向）に延在している。図では、梁５１のＸ方向の大きさをＷ、Ｚ方向の大きさをＨ１、第１面に最も近い面が第１面に対してなす角度をα、第１面から梁５１までの距離をＨ２として示している。

本実施形態の場合αは約２５度であり、梁５１はＳｉ（１１１）面とは異なる面で形成されていることがわかる。このように、梁５１の断面が五角形となるのは、エッチング速度の速い面と遅い面が存在するためであり、断面形状は第１領域のＸ方向の寸法、素子基板１０の面方位や材質、異方性エッチングの条件などによって調整することができる。例えば、図４（ａ）の状態から更にエッチングを進行させれば、図４（ａ）の断面においてより低い高さを有する三角形の梁を形成することもできる。

第１面２１から梁５１の距離Ｈ２は、素子基板１０から流路部材９に供給可能な液体の流量に影響するので、吐出口１１の数や吐出口１１から液体を吐出させる際のリフィル特性のような吐出機能上の観点に基づいて設定することが好ましい。梁５１の高さＨ１は、素子基板１０の厚みからＨ２を差し引いた値となるが、幅Ｗとともに梁５１自身に求められる機械的強度にも影響する。よって、幅Ｗとともにその寸法が調整されることが好ましい。梁５１の各種寸法については、さらに、収容する液体にシリコンが溶解する程度や影響、液体吐出ヘッドの想定使用年数等も考慮して決定することが好ましい。具体的には、梁５１のＸ方向の大きさをＷは０．３ｍｍ以上、梁５１の高さＨ１は０．１ｍｍ以上、第１面２１から梁５１の距離Ｈ２は０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。

以上説明したエッチング処理が完了した後、パッシベイション層１４を除去することにより、素子基板１０における供給口５および梁５１の形成工程が完了する。素子基板１０を貫通する供給口５は、第２面２２側に配された比較的広い開口から液体を収容し、第１面２１側に配され流路部材９の流路２５と接続する比較的狭い開口から液体を排出することになる。

ここで、未貫通孔３１の好適な配列条件について詳しく説明する。シリコン層においては、未貫通孔３１の配列密度が高いほど、エッチング処理において隣接する未貫通孔３１同士が結合しやすい。また、未貫通孔３１の深さ方向（Ｚ方向）の長さが大きいほど、エッチング液が早期に犠牲層１５に到達しやすい。そして、比較的早期にエッチングが犠牲層１５に到達した領域は、エッチング液が犠牲層１５を浸食しながら周囲に進行し、やがて第１面側からのエッチングに寄与することになる。すなわち、未貫通孔３１の配列密度や深さ、第１、第２、第３領域の面積を調整することにより、供給口５や梁５１を所望の形状および寸法に形成することができる。

本実施形態では、第２領域におけるエッチングを第３領域よりも速く犠牲層１５に到達させ、第１領域に対し第１面側からのエッチングを促すようにする。このため、第２領域に形成する未貫通孔３１の配列ピッチを第３領域よりも小さく（配列密度を高く）する。具体的には、例えばレーザー加工装置の加工位置精度が約±１０μｍ、アライメント精度が約±５μｍの条件において、直径が約１０μｍの未貫通孔３１を第２領域では、４０μｍ〜９０μｍの間隔で、第３領域では１００μｍ〜５５０μｍの間隔で配置する。

一方、個々の領域内では、複数の未貫通孔３１は均一に配置されていることが好ましい。特に供給口５の形成精度と均一性の観点に基づけば、未貫通孔３１は、供給口５の長手方向（Ｘ方向）に沿う中心線に対して実質的に対称に形成されることが好ましい。具体的に説明する。例えば、第２領域の隣接する未貫通孔３１の間隔をｘ１、第２領域の端部とこれに最も近い未貫通孔３１の距離をｘ２、第３領域の隣接する未貫通孔３１の間隔をｘ３、第３領域の端部とこれに最も近い未貫通孔３１の距離をｘ４とする。このとき、以下の式を満足することが好ましい。
ｘ２／２≦ｘ１≦ｘ２
ｘ４／２≦ｘ３≦ｘ４

本実施形態では、第１領域に梁５１を形成するため、第２領域に形成する未貫通孔３１の配列ピッチを第３領域よりも小さく（ｘ１＜ｘ３）する。ここで、Ｘ方向及びＹ方向については、Ｓｉ（１１０）面もしくは結晶方位的にこれと等価な面の異方性エッチングが等速度Ｖで進むと考える。この場合、各領域において、隣接する２つの未貫通孔３１が結合するまでの時間は、
第２領域 Ｔ１＝ｘ１／２V
第３領域 Ｔ２＝ｘ３／２V
となる。両者の差は
ΔＴ＝Ｔ２-Ｔ１＝（ｘ３-ｘ１）／２Ｖ
となり、この時間が、犠牲層１５を介して第２領域から第１領域にエッチング液が進行する時間、すなわち梁５１が第１面２１側から形成される時間と考えることができる。犠牲層１５を設けない場合であっても、エッチング液がパッシベイション層１４まで到達すれば、その後は第１面２１に沿って進み、第１面２１側から梁５１を形成することができる。すなわち、第２領域における未貫通孔３１の配列ピッチｘ１と第３領域における未貫通孔３１の配列ピッチｘ３の差を大きくするほど、第２領域から第１領域にエッチング液が進行する時間は大きくなり、梁５１の高さＨ１が小さくなる。

なお、以上では、各領域において、未貫通孔３１の間隔ｘ１およびｘ３は一定としたが、未貫通孔３１におけるＸ方向の間隔とＹ方向の間隔は互いに異なっていてもよい。また、未貫通孔３１の深さについても、第２領域におけるエッチング処理の進行を第３領域よりも速くするという目的のもと、素子基板１０の厚みの４０％〜９５％という範囲において各領域で適正化することもできる。いずれにせよ、各領域における未貫通孔３１の配列密度や深さ、更には第１、第２、第３領域の面積を調整することにより、供給口５や梁５１の形状を様々に調整することができる。

図５は、素子基板１０において、梁５１の好適な形成位置を説明するための図である。既に説明したように、供給口５はテーパー形状を有しており、第１面２１と第２面２２とでその開口の大きさが異なっている。図５では、供給口５の第１面２１におけるＹ方向の幅をＤ１、第２面２２における幅をＤ２としている。Ｄ１については０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。Ｄ２については０．５０ｍｍ以上、１．２０ｍｍ以下であることが好ましい。また、図において、供給口５の第１面２１における長手方向（Ｘ方向）の長さをＬ１、Ｘ方向において供給口５の端部から当該端部に最も近い位置にある梁５１の中心までの距離をＬ２としている。Ｌ１については、７．０ｍｍ以上、３３．０ｍｍ以下であることが好ましい。梁５１が１つの場合、梁５１に最も近い供給口端部は２つ存在することになるが、ここではより近いほうの端部との距離をＬ２としている。

以上の条件のもと、本実施形態では、チップクラックを抑制するのに効果的な位置に梁５１を設けることを目的とする。ここで、まずチップクラックについて簡単に説明する。

液体吐出ヘッド用基板１の作製においては、熱硬化性樹脂のような有機材料を硬化させるためなど、種々の熱工程が行われる。この際、流路部材９と封止剤３８は熱による収縮の度合いが異なり、液体吐出ヘッド用基板１に応力が作用する。この応力が原因で、液体吐出ヘッド用基板１に発生する傷や亀裂などを、本明細書ではチップクラックと称している。このようなチップクラックの発生リスクや発生箇所は、液体吐出ヘッド用基板１のサイズ、供給口５の開口サイズ、流路部材９と封止剤３８の量および両者の組み合わせ等に応じて変化する。

本発明者らの検討によれば、チップクラックの起点は比較的供給口５の端部に発生しやすく、当該起点が発生しやすい位置に梁を設けると、チップクラックを抑制できることが確認された。すなわち、チップクラックを抑制することを目的とする場合は、供給口のＸ方向において、中央よりも端部に近い位置に優先的に梁５１を設けることが好ましい。以下、本発明者らの検討によってチップクラックが発生し難いことが確認された具体的な条件の例を説明する。

まず、供給口５の条件としては、Ｄ１およびＤ２について（式１）を満足することが好ましい。
４．０≦（Ｄ２／Ｄ１）≦１０．０ （式１）

そして、供給口５の第１面２１における開口の、Ｘ方向の長さＬ１とＹ方向の長さＤ１については、以下に示す（式２）を満足することが好ましい。
４５≦（Ｌ１／Ｄ１）≦３００ （式２）

さらに、（式１）および（式２）の条件のもと、Ｌ１とＬ２が（式３）を満足すれば、チップクラックを抑えるのに効果がある。
Ｌ２／Ｌ１≦０．２４０ （式３）

図６（ａ）〜（ｃ）は、チップクラックの抑制に効果のある梁５１を設ける位置と数のバリエーションを示す図である。図６（ａ）は、供給口５においてＸ方向の中央に対して片側１箇所にのみ梁５１を設けた場合、同図（ｂ）は中央に対して両側に１つずつに梁５１を設けた場合、同図（ｃ）は両側１箇所ずつに加え中央部にも２つの梁５１を設けた場合をそれぞれ示している。いずれの形態であっても、供給口５のＸ方向の長さＬ１、供給口５端部から梁５１までの距離をＬ２において、（式３）の関係が満たされていれば、チップクラックを効果的に抑制することができる。以下、上記条件を満たす位置に梁５１を設けた場合の効果を説明する。

図７（ａ）および（ｂ）は、検証に用いた液体吐出ヘッドの構成図である。ここでは、供給口５とこれを挟む吐出口列がＹ方向に２列並んで形成された液体吐出ヘッド用基板１を、更にＹ方向に３つ並列させて構成された液体吐出ヘッド８を示している。個々の液体吐出ヘッド用基板１は、Ｘ方向に３２．６ｍｍ、Ｙ方向に３．５ｍｍ、Ｚ方向に０．７２５ｍｍの大きさを有している。第１面２１における供給口５のＸ方向の長さＬ１は２７ｍｍ、Ｙ方向の長さＤ１は０．１１ｍｍ、第２面２２における供給口５のＹ方向の長さＤ２は０．９０ｍｍである。すなわち、Ｄ２／Ｄ１＝０．９／０．１１＝８．１８となり（式１）を満たしている。また、Ｌ１／Ｄ１＝２７／０．１１＝２４５．４５となり（式２）を満たしている。

図７（ａ）は、液体吐出ヘッド８を吐出口面側（第１面２１側）からみた平面図であり、図７（ｂ）は同図（ａ）におけるＶＩＩｂ-ＶＩＩｂ断面図である。図７（ａ）では流路部材９を外した状態を示し、同図（ｂ）では流路部材９も共に示している。

図７（ｂ）に示すように、素子基板１０は支持部材２６に搭載され、その周囲はプレート３に囲まれている。プレート３の更にＺ方向上位には配線テープ２８が接合され、吐出口面側（第１面２１側）には、図７（ａ）に示すように配線テープ２８が露出した状態となる。配線テープ２８と３つの素子基板１０は、リード３０を介して電気接続される。

素子基板１０とプレート３の間及び素子基板１０と素子基板１０の間には、それぞれの隙間を毛管力によって誘導される第１の封止剤３８が充填される。また、リード３０による電気接続部は第２の封止剤によって被覆される。素子基板１０とプレート３の間に形成される隙間は、隣接する２つの素子基板１０の間に形成される隙間よりも大きく、より多くの封止剤が充填される。このため、外側の隙間に生じる応力は内側の隙間に生じる応力よりも大きく、外側に位置する吐出口列は内側に位置する吐出口列よりもチップクラックが発生しやすい傾向がある。図７（ａ）の場合、６列の吐出口列を左からａａ、ａｂ、ｂａ、ｂｂ、ｃａ、ｃｂとすると、チップクラックが発生するおそれが最も大きい吐出口列はａａおよびｃｂとなる。本検証例では、吐出口列ａａおよびｃｂに着目し、図６（ａ）〜（ｃ）で示したそれぞれの形態において、Ｌ２を様々に変えた場合のチップクラックの発生状況を比較した。

図８（ａ）〜（ｃ）は、Ｘ方向の幅がＷ＝１．０ｍｍの梁５１を、図６（ａ）のようにＸ方向の片側１箇所に設けた形態において、Ｌ２を様々に変化させた場合を示している。図８（ａ）ではＬ２＝３．５ｍｍ、同図（ｂ）ではＬ２＝１．１ｍｍ、同図（ｃ）ではＬ２＝６．５ｍｍとしている。

ここで、図８（ａ）において、Ｌ２／Ｌ１＝３．５／２７＝０．１２９６≦０．２４０となり、（式３）は満たされている。また、図８（ｂ）においも、Ｌ２／Ｌ１＝１．１／２７＝０．０４０７≦０．２４０となり、（式３）は満たされている。図８（ｃ）については、Ｌ２／Ｌ１＝６．５／２７＝０．２４０７＞０．２４０となり、（式３）は満たされていない。

一方、図９（ａ）〜（ｃ）は、Ｘ方向の幅がＷ＝１．０ｍｍの梁５１を、図６（ｂ）のようにＸ方向の両側２箇所に対称的に設けた形態において、Ｌ２を様々に変化させた例を示している。図９（ａ）ではＬ２＝３．５ｍｍ、同図（ｂ）ではＬ２＝１．１ｍｍ、同図（ｃ）ではＬ２＝６．５ｍｍとしている。

この場合においても、図９（ａ）では、Ｌ２／Ｌ１＝３．５／２７＝０．１２９６≦０．２４０となり、（式３）は満たされている。また、図９（ｂ）では、Ｌ２／Ｌ１＝１．１／２７＝０．０４０７≦０．２４０となり、（式３）は満たされている。図９（ｃ）については、Ｌ２／Ｌ１＝６．５／２７＝０．２４０７＞０．２４０となり、（式３）は満たされていない。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、Ｘ方向の幅がＷ＝１．０ｍｍの梁５１を、図６（ｃ）のようにＸ方向の４箇所に対称的に設けた形態において、Ｌ２を様々に変化させた例を示している。図１０（ａ）では供給口端部から最も近い梁５１までの距離Ｌ２をＬ２＝３．５ｍｍ、供給口端部から次に近い梁５１までの距離Ｌ３をＬ３＝１１．５ｍｍとしている。図１０（ｂ）では、Ｌ２をＬ２＝１．１ｍｍ、Ｌ３をＬ３＝１１．５ｍｍとしている。図１０（ｃ）では、Ｌ２をＬ２＝６．５ｍｍ、Ｌ３をＬ３＝１１．５ｍｍとしている。

この場合においても、図１０（ａ）では、Ｌ２／Ｌ１＝３．５／２７＝０．１２９６≦０．２４０となり、（式３）の関係は満たされている。また、図１０（ｂ）では、Ｌ２／Ｌ１＝１．１／２７＝０．０４０７≦０．２４０となり、（式３）の関係は満たされている。図１０（ｃ）については、Ｌ２／Ｌ１＝６．５／２７＝０．２４０７＞０．２４０となり、（式３）の関係は満たされていない。

図１１は、図８〜図１０に示した例のそれぞれについて、チップクラックの発生状況を検証した結果を示す図である。いずれの場合も、それぞれの梁形態を有する素子基板１０を、図７（ａ）及び（ｂ）のように３枚並列配置して構成される液体吐出ヘッドを用いた。そして、個々の素子基板から所定回数、所定期間だけ吐出動作を行った後に、吐出口列ａａおよびｃｂに着目してチップクラックの有無を確認した結果を示している。図８（ａ）〜（ｃ）については、梁５１を設けた側の端部にのみ着目してチップクラックの発生を確認した。図９（ａ）〜（ｃ）および図１０（ａ）〜（ｃ）については、供給口全域についてチップクラックの発生を確認した。

図からも分かるように、図６（ａ）〜（ｃ）のいずれの形態であっても、（式３）が満たされている構成ではチップクラックは確認されず、（式３）が満たされていない構成においてチップクラックが確認されている。例えば、図９（ａ）と図１０（ｃ）を比較した場合、液体吐出ヘッド用基板自体の強度は、多くの梁５１が比較的中央に配されている図１０（ｃ）の方が高くなる。しかしながら、（式３）が満たされていない図１０（ｃ）では、チップクラックが発生してしまっている。このように、液体吐出ヘッド用基板の強度を高めるために好適な梁の位置と、チップクラックの発生を抑制するために好適な梁の位置とは必ずしも一致してはいない。その上で、（式３）が満足されている位置に少なくとも１つの梁が形成されていれば、他の箇所の梁の形成の有無や位置および数に因らず、チップクラックについてその発生が抑制可能であることがわかる。

なお、以上の検証例では、（式１）と（式２）を満たす供給口５のもと、梁の最適な位置Ｌ２として（式３）を提示したが、本発明は上記３つの式を共に満たすことに限定されるものではない。例えば、（式１）や（式２）を満足しない供給口であっても、チップクラックを抑制するために効果的な位置（Ｌ２）は存在する。そしてその位置は、（式３）を満足すれば好ましいことは明らかであり、少なくとも供給口の長手方向（Ｘ方向）において中央に対して端部に近い位置であれば本発明の効果を得ることができる。この際、梁５１の位置、数、大きさ、形状は様々に変化させてもよい。例えば、Ｘ方向の同じ側の端部に、（式３）を満足する梁が２つ以上形成されていても良いし、左右で非対称に形成されていても良い。いずれにしても、供給口のＸ方向において中央よりも端部に近い位置に１以上の梁が設けられていれば、他の箇所の梁の形成の有無や位置および数に因らず、チップクラックの発生を抑制することができる。

２ エネルギ発生素子
５ 供給口
８ 液体吐出ヘッド
９ 流路部材
１０ 素子基板
１１ 吐出口
２１ 第１面（表面）
２２ 第２面（裏面）
５１ 梁

Claims (11)

1. 液体を吐出するためのエネルギ発生素子が表面の長手方向に配列し、前記エネルギ発生素子のそれぞれに液体を共通して供給するための供給口が裏面から前記表面に貫通するように形成された素子基板と、
   液体を吐出するための吐出口が前記エネルギ発生素子のそれぞれに対応して形成された流路部材と、
   を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記供給口の内部には、前記長手方向の中心を含まない領域に、前記供給口の短手方向に対向する内壁を繋ぐ少なくとも１つの梁が形成されており、
   前記供給口の前記長手方向の一方の端部から他方の端部までの距離をＬ１、前記一方の端部から当該端部に最も近い位置にある前記梁の前記長手方向の中心までの距離をＬ２としたとき、
   Ｌ２／Ｌ１≦０．２４０
   が満たされていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記供給口の前記表面における前記短手方向の長さをＤ１、前記裏面における前記短手方向の長さをＤ２としたとき、
   ４．０≦（Ｄ２／Ｄ１）≦１０．０
   および
   ４５≦（Ｌ１／Ｄ１）≦３００
   が更に満たされている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記Ｄ１は０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記梁は、前記供給口の長手方向の中央に対して片側にのみ形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記供給口の内部には、複数の前記梁が形成されており、前記複数の梁は、前記長手方向の中心に対し対称に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記梁は、前記供給口の長手方向の中央に対して両側に１つずつ形成されている請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記梁は、前記供給口において前記裏面より前記表面に向かって突出する前記素子基板と同一の材質で形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記素子基板はシリコンで形成されたシリコン基板である請求項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Ｌ１は７．０ｍｍ以上、３３．０ｍｍ以下である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記短手方向と直交する面における前記梁の断面は、五角形を呈している請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記短手方向と直交する面における前記梁の断面は、三角形を呈している請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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