JP6602337B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

液体吐出ヘッド Download PDF

Info

Publication number
JP6602337B2
JP6602337B2 JP2017092987A JP2017092987A JP6602337B2 JP 6602337 B2 JP6602337 B2 JP 6602337B2 JP 2017092987 A JP2017092987 A JP 2017092987A JP 2017092987 A JP2017092987 A JP 2017092987A JP 6602337 B2 JP6602337 B2 JP 6602337B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
supply port
liquid
region
discharge head
liquid discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017092987A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018187857A (ja
Inventor
貴信 真鍋
謙児 藤井
洋久 藤田
圭介 岸本
義則 田川
英男 才川
康 飯島
賢治 矢部
恭輔 戸田
洋輔 ▲高▼木
裕之 村山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2017092987A priority Critical patent/JP6602337B2/ja
Priority to US15/968,019 priority patent/US20180326723A1/en
Publication of JP2018187857A publication Critical patent/JP2018187857A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6602337B2 publication Critical patent/JP6602337B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14145Structure of the manifold
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/1433Structure of nozzle plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1601Production of bubble jet print heads
    • B41J2/1603Production of bubble jet print heads of the front shooter type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1626Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629Manufacturing processes etching wet etching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1632Manufacturing processes machining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1632Manufacturing processes machining
    • B41J2/1634Manufacturing processes machining laser machining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1637Manufacturing processes molding
    • B41J2/1639Manufacturing processes molding sacrificial molding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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。
JP2017092987A 2017-05-09 2017-05-09 液体吐出ヘッド Active JP6602337B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017092987A JP6602337B2 (ja) 2017-05-09 2017-05-09 液体吐出ヘッド
US15/968,019 US20180326723A1 (en) 2017-05-09 2018-05-01 Liquid ejecting head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017092987A JP6602337B2 (ja) 2017-05-09 2017-05-09 液体吐出ヘッド

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018187857A JP2018187857A (ja) 2018-11-29
JP6602337B2 true JP6602337B2 (ja) 2019-11-06

Family

ID=64097007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017092987A Active JP6602337B2 (ja) 2017-05-09 2017-05-09 液体吐出ヘッド

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20180326723A1 (ja)
JP (1) JP6602337B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7166851B2 (ja) 2018-09-07 2022-11-08 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法
JP7297416B2 (ja) 2018-09-07 2023-06-26 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法
JP7250553B2 (ja) 2019-02-13 2023-04-03 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドの製造方法
JP2021194841A (ja) 2020-06-12 2021-12-27 キヤノン株式会社 記録素子およびその製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6164762A (en) * 1998-06-19 2000-12-26 Lexmark International, Inc. Heater chip module and process for making same
JP4522086B2 (ja) * 2003-12-15 2010-08-11 キヤノン株式会社 梁、梁の製造方法、梁を備えたインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法
JP2007216416A (ja) * 2006-02-14 2007-08-30 Canon Inc インクジェット記録ヘッドの製造方法
JP2008265235A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 Canon Inc インクジェット記録ヘッド及びその作製方法
US8262204B2 (en) * 2007-10-15 2012-09-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Print head die slot ribs
JP6100009B2 (ja) * 2012-02-28 2017-03-22 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドおよび記録装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20180326723A1 (en) 2018-11-15
JP2018187857A (ja) 2018-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6602337B2 (ja) 液体吐出ヘッド
US8584358B2 (en) Method of manufacturing inkjet head
JP5760475B2 (ja) インクジェットヘッド
JP4656670B2 (ja) 液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法
US7984549B2 (en) Method of manufacturing ink-jet recording head
JP5355223B2 (ja) 液体吐出ヘッド
JP5475116B2 (ja) インクジェット印刷ヘッドアセンブリおよび印刷ヘッド集積回路
JP6044258B2 (ja) インクジェットヘッド
JP2011167846A (ja) インクジェットヘッドおよびその製造方法
US8100508B2 (en) Ink jet printing head
JP2007290160A (ja) 液体吐出ヘッド
JP4274554B2 (ja) 素子基板および液体吐出素子の形成方法
US20160347064A1 (en) Liquid ejection head and method of processing silicon substrate
JP5224782B2 (ja) 液体吐出ヘッドの製造方法
JP2007301803A (ja) 液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置
JPH10202871A (ja) インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法
JP2007290203A (ja) インクジェット記録ヘッド及びその作製方法
JP2003118114A (ja) インクジェットヘッド及びその製造方法
JP2008265198A (ja) インクジェット記録ヘッド、及びインクジェット記録ヘッドの作製方法
JP6033104B2 (ja) 液体吐出ヘッドの製造方法
JP2008265235A (ja) インクジェット記録ヘッド及びその作製方法
JP2010284811A (ja) インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法
JP6685736B2 (ja) インクジェットヘッド
JP4656641B2 (ja) 記録ヘッドおよび記録装置
JP2007260944A (ja) インクジェット記録ヘッド

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180412

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180412

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190326

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190515

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190910

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191008

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6602337

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151