JP7013124B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
吐出ヘッドの製造方法を実現することができる。
(液体吐出記録装置の説明)
図1は、本発明の液体を吐出する液体吐出装置、特にはインクを吐出して記録を行う液体吐出記録装置(以下、記録装置ともいう)1000の概略構成を示した図である。記録装置1000は、記録媒体2を搬送する搬送部1と、記録媒体2の搬送方向と略直交して配置されるライン型(ページワイド型)の液体吐出ヘッド3とを備え、複数の記録媒体2を連続もしくは間欠に搬送しながら1パスで連続記録を行うライン型記録装置である。液体吐出ヘッド3は循環経路内の圧力(負圧)を制御する負圧制御ユニット230と、負圧制御ユニット230と流体連通した液体供給ユニット220と、液体供給ユニット220へのインクの供給および排出口となる液体接続部111と、筺体80とを備えている。記録媒体2は、カット紙に限らず、連続したロール媒体であってもよい。液体吐出ヘッド3は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKのインクによるフルカラー記録が可能であり、液体を液体吐出ヘッド3へ供給する供給路である液体供給手段、メインタンクおよびバッファタンク(後述する図2参照)が流体的に接続される。また、液体吐出ヘッド3には、液体吐出ヘッド3へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。液体吐出ヘッド3内における液体経路および電気信号経路については後述する。
図2は、本適用例の記録装置1000に適用される循環経路の第1循環形態を示す模式図である。液体吐出ヘッド3は、第1循環ポンプ(高圧側)1001、第1循環ポンプ(低圧側)1002およびバッファタンク1003等に流体的に接続されている。なお図2では、説明を簡略化するため、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKのインクの内の1色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には4色分の循環経路が、液体吐出ヘッド3および記録装置本体に設けられる。
図3は、本適用例の記録装置に適用される循環経路のうち、上述した第1循環形態とは異なる循環形態である第2循環形態を示す模式図である。前述の第1循環形態との主な相違点は、負圧制御ユニット230を構成する2つの負圧制御機構が共に、負圧制御ユニット230よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する点である。また、第1循環形態との相違点として、第2循環ポンプ1004が負圧制御ユニット230の下流側を減圧する負圧源として作用する点がある。更に、第1循環ポンプ(高圧側)1001および第1循環ポンプ(低圧側)1002が液体吐出ヘッド3の上流側に配置され、負圧制御ユニット230が液体吐出ヘッド3の下流側に配置されている点も相違する点である。
第1の適用例に係る液体吐出ヘッド3の構成について説明する。図5(a)および図5(b)は、本適用例に係る液体吐出ヘッド3を示した斜視図である。液体吐出ヘッド3は、1つの記録素子基板10でシアンC/マゼンタM/イエローY/ブラックKの4色のインクを吐出可能な記録素子基板10を直線状に15個配列(インラインに配置)されるライン型の液体吐出ヘッドである。図5(a)に示すように液体吐出ヘッド3は、各記録素子基板10と、フレキシブル配線基板40および電気配線基板90を介して電気的に接続された信号入力端子91と電力供給端子92を備える。信号入力端子91および電力供給端子92は、記録装置1000の制御部と電気的に接続され、それぞれ吐出駆動信号および吐出に必要な電力を記録素子基板10に供給する。電気配線基板90内の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子91および電力供給端子92の数を記録素子基板10の数に比べて少なくすることができる。これにより、記録装置1000に対して液体吐出ヘッド3を組み付ける時または液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。図5(b)に示すように、液体吐出ヘッド3の両端部に設けられた液体接続部111は、記録装置1000の液体供給系と接続される。これによりシアンC/マゼンタM/イエロY/ブラックK4色のインクが記録装置1000の供給系から液体吐出ヘッド3に供給され、また液体吐出ヘッド3内を通ったインクが記録装置1000の供給系へ回収されるようになっている。このように各色のインクは、記録装置1000の経路と液体吐出ヘッド3の経路を介して循環可能である。
図10(a)は、1つの吐出モジュール200を示した斜視図であり、図10(b)は、その分解図である。吐出モジュール200の製造方法としては、まず記録素子基板10およびフレキシブル配線基板40を、予め液体連通口31が設けられた支持部材30上に接着する。その後、記録素子基板10上の端子16と、フレキシブル配線基板40上の端子41とをワイヤーボンディングによって電気接続し、その後にワイヤーボンディング部(電気接続部)を封止部材110で覆って封止する。フレキシブル配線基板40の記録素子基板10と反対側の端子42は、電気配線基板90の接続端子93(図6参照)と電気接続される。支持部材30は、記録素子基板10を支持する支持体であるとともに、記録素子基板10と流路部材210とを流体的に連通させる流路部材であるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板と接合できるものが好ましい。材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
図11(a)は記録素子基板10の吐出口13が形成される側の面の平面図を示し、図11(b)は、図11(a)のAで示した部分の拡大図を示し、図11(c)は、図11(a)の裏面の平面図を示す。ここで、本適用例における記録素子基板10の構成について説明する。図11(a)に示すように、記録素子基板10の吐出口形成部材12に、各インク色に対応する4列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の吐出口13が配列される吐出口列が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。図11(b)に示すように、各吐出口13に対応した位置には液体を熱エネルギにより発泡させるための発熱素子である記録素子15が配置されている。隔壁22により、記録素子15を内部に備える圧力室23が区画されている。記録素子15は、記録素子基板10に設けられる電気配線(不図示)によって、端子16と電気的に接続されている。そして記録素子15は、記録装置1000の制御回路から、電気配線基板90(図6参照)およびフレキシブル配線基板40(図10参照)を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱して液体を沸騰させる。この沸騰による発泡の力で液体を吐出口13から吐出する。図11(b)に示すように、各吐出口列に沿って、一方の側には液体供給路18が、他方の側には液体回収路19が延在している。液体供給路18および液体回収路19は記録素子基板10に設けられた吐出口列方向に伸びた流路であり、それぞれは液路である供給口17aおよび回収口17bを介して吐出口13と連通している。
図13は、隣り合う2つの吐出モジュールにおける、記録素子基板の隣接部を部分的に拡大して示した平面図である。本適用例では略平行四辺形の記録素子基板を用いている。平行四辺形のうち、図13に示すような、互いに隣接する辺のなす角が90度ではない平行四辺形において特に好適に適用できる。各記録素子基板10における吐出口13が配列される各吐出口列(14a~14d)は、液体吐出ヘッド3の長手方向に対し一定角度傾くように配置されている。そして、記録素子基板10同士の隣接部における吐出口列は、少なくとも1つの吐出口が記録媒体の搬送方向にオーバーラップするようになっている。図13では、線D上の2つの吐出口が互いにオーバーラップする関係にある。このような配置によって、仮に記録素子基板10の位置が所定位置から多少ずれた場合でも、オーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像の黒スジや白抜けを目立たなくすることができる。複数の記録素子基板10を千鳥配置ではなく、直線上(インライン)に配置した場合も、図13のような構成により液体吐出ヘッド10の記録媒体の搬送方向の長さの増大を抑えつつ記録素子基板10同士のつなぎ部における黒スジや白抜け対策を行うことができる。なお、本適用例では記録素子基板の主平面は平行四辺形であるが、これに限るものではなく、例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板を用いた場合でも、本発明の構成を好ましく適用することができる。
以下、図面を参照して本発明の第2の適用例による液体吐出記録装置2000および液体吐出ヘッド2003の構成を説明する。なお以降の説明においては、主として第1の適用例と異なる部分のみを説明し、第1の適用例と同様の部分については説明を省略する。
図21は、本適用例を適用可能な、液体を吐出して記録を行う液体吐出記録装置2000を示した図である。本適用例の記録装置2000は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKの各インクごとに対応した単色用の液体吐出ヘッド2003を4つ並列配置させることで記録媒体へフルカラー記録を行う点が第1の適用例とは異なる。第1の適用例において1色あたりに使用できる吐出口列数が1列だったのに対し、本適用例においては、1色あたりに使用できる吐出口列数は20列となっている。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜振り分けて記録を行うことで、非常に高速な記録が可能となる。更に、不吐出になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して記録媒体の搬送方向に対応する位置にある、他列の吐出口から補完的に吐出を行うことで信頼性が向上し、商業記録などに好適である。第1の適用例と同様に、各液体吐出ヘッド2003に対して、記録装置2000の供給系、バッファタンク1003(図2、図3参照)およびメインタンク1006(図2、図3参照)が流体的に接続されている。また、それぞれの液体吐出ヘッド2003には、液体吐出ヘッド2003へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続されている。
第1の適用例と同様に、記録装置2000および液体吐出ヘッド2003間の液体の循環形態としては、図2または図3に示した第1および第2循環形態を用いることができる。
図14(a)、(b)は、本適用例に係る液体吐出ヘッド2003を示した斜視図である。ここで、本適用例に係る液体吐出ヘッド2003の構造について説明する。液体吐出ヘッド2003は、液体吐出ヘッド2003の長手方向に直線上に配列される16個の記録素子基板2010を備え、1種類の液体で記録が可能な液体吐出式のライン型液体吐出ヘッドである。液体吐出ヘッド2003は、第1の適用例と同様、液体接続部111、信号入力端子91および電力供給端子92を備える。しかしながら本適用例の液体吐出ヘッド2003は、第1の適用例に比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド2003の両側に信号出力端子91および電力供給端子92が配置されている。これは記録素子基板2010に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減するためである。
図19(a)は、1つの吐出モジュール2200を示した斜視図であり、図19(b)は、その分解図である。第1の適用例との差異は、記録素子基板2010の複数の吐出口列方向に沿った両辺部(記録素子基板2010の各長辺部)に複数の端子16がそれぞれ配置されている点である。これに伴い記録素子基板2010と電気接続されるフレキシブル配線基板40も、1つの記録素子基板2010に対して2枚配置されている。これは記録素子基板2010に設けられる吐出口列数が20列あり、第1の適用例の8列よりも大幅に増加しているためであり、端子16から記録素子までの最大距離を短くして記録素子基板2010内の配線部で生じる電圧低下や信号遅れを低減するためである。また支持部材2030の液体連通口31は、記録素子基板2010に設けられ全吐出口列を跨るように開口している。その他の点は、第1の適用例と同様である。
図20(a)は、記録素子基板2010の吐出口13が配される面の模式図であり、図20(c)は、図20(a)の面の裏面を示す模式図である。図20(b)は図20(c)において、記録素子基板2010の裏面側に設けられている蓋部材2020を除去した場合の記録素子基板2010の面を示す模式図である。図20(b)に示すように、記録素子基板2010の裏面には吐出口列方向に沿って、液体供給路18と液体回収路19とが交互に設けられている。吐出口列数は、第1の適用例よりも大幅に増加しているものの、第1の適用例との本質的な差異は、前述のように端子16が記録素子基板の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されていることである。各吐出口列毎に一組の液体供給路18と液体回収路19が設けられていること、蓋部材2020に、支持部材2030の液体連通口31と連通する開口21が設けられていることなど、基本的な構成は第1の適用例と同様である。
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は前述した適用例と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図22は、本実施形態における記録素子基板10と蓋部材20とを示した図である。蓋部材20は、記録素子基板10の裏面(吐出口形成部材12を備える面とは反対の面)に形成された流路に蓋をする部材であり、後述する第3流路層が形成されている。本発明では、記録素子基板10と蓋部材20とは、共にウエハ工程にてウエハ形態で加工された後、分割されて形成される。
図23(a)から(e)は、液体吐出ヘッドを示した斜視図である。図23(a)の液体吐出ヘッドは、1つの記録素子基板10を備えており、第1流路部材50上に、支持部材30と記録素子基板10と、が配置されている。この液体吐出ヘッドは、いわゆるシリアルスキャン方式の液体吐出記録装置に用いられる。この液体吐出記録装置は、矢印X方向の主走査方向に液体吐出ヘッドを移動させつつ吐出口からインクを吐出する記録走査と、主走査方向と交差する矢印Y方向の副走査方向に記録媒体を搬送する搬送動作とを繰り返すことで記録媒体上に画像を記録する。主走査方向は、吐出口列14が延在する第1の方向と交差(本例の場合は、直交)する方向である。
図24は、本発明の液体吐出ヘッドを適用可能な液体吐出記録装置(液体吐出装置)の概要と流路構成を示した図である。図24(a)の記録装置は、液体吐出ヘッド3として、前述した図23(a)のような構成の液体吐出ヘッドを用いるシリアルスキャン方式の記録装置である。シャーシ1010は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材により構成されていて、この記録装置の骨格を成す。シャーシ1010には、給送部4と、搬送部1と、液体吐出ヘッド3を搭載して矢印Xの主走査方向に往復移動可能なキャリッジ5と、が組み付けられている。主走査方向は、液体吐出ヘッド3における吐出口列の延在方と交差(本例の場合は、直交)する方向である。給送部4は、シート状の不図示の記録媒体を記録装置の内部へ自動的に給送し、搬送部1は、給送部4から1枚ずつ給送される記録媒体を矢印Y方向の副走査方向に搬送する。副走査方向は、主走査方向と交差(本例の場合は、直交)する方向である。このような記録装置は、キャリッジ5と共に液体吐出ヘッド3を主走査方向に移動させつつ液体吐出ヘッド3の吐出口からインクを吐出する記録走査と、記録媒体を副走査方向に搬送する搬送動作、とを繰り返すことによって、記録媒体上に画像を記録する。液体吐出ヘッド3に対しては、不図示のインクタンクからインクが供給される。
図25、図26は、液体吐出ユニット300を示した分解斜視図である。本実施形態の液体吐出ユニット300は、図25および図26のように、吐出口形成部材12、第1流路層221、第2流路層222、第3流路層223、第4流路層224、第5流路層225および第6流路層226からなる6つの積層流路構成となっている。記録素子基板10は、後述する記録素子15と吐出口形成部材12と流路構成(第1流路層221と第2流路層222)とを備える。記録素子基板10は、記録素子15を備える基板と吐出口を備える吐出口形成部材12とを含む。ここで記録素子15を備える基板はSi基板で構成され、記録素子15に供給するための流路が形成される。この流路は、吐出口13の配列方向に沿って延在する液体供給路18および液体回収路19を含む。さらにこの流路は、液体供給路18に連通し、液体供給路18に沿って配列される複数の供給口17aと、液体回収路19に連通し、液体回収路19に沿って配列される複数の回収口17bとを含む。
図30は、本実施形態の液体吐出ヘッドの作製工程の一例を示したフローチャートである。吐出口形成工程2000では、記録素子15や必要な回路等が形成された記録素子基板10上に吐出口を形成する。裏面供給路形成工程2001は、記録素子基板10の裏面に液体供給路18と液体回収路19を形成する。また、蓋部材形成工程2002は、記録素子基板10の裏面に、裏面供給路を覆うように蓋部材(第3流路層223)を形成する。本発明においてはウエハ状態におけるSiの基板の裏面側に液体供給路18と液体回収路19を形成した後に、ウエハ状態でSi基板の裏面に蓋部材20(223)を設ける。その状態で液体供給路18および液体回収路19よりも小さい複数の開口21(2133、2143)をパターニングにより形成する。その後に切断工程2003で、記録素子基板10をウエハ状態からチップ形態へと外形の加工をする。さらに接合工程2004は、記録素子基板10を支持部材30や第1流路部材50に接合する。配置工程2005は、接合した部材を所定位置に配置することで液体吐出ヘッドが作製される。尚、上記においては圧力室に液体を供給する供給路を有する液体吐出ヘッドの製造方法について説明したが、図29等の圧力室から液体を回収する液体回収路19を備える液体吐出ヘッドも同様に適用可能である。記録素子基板の裏面に、液体供給路18と液体回収路19とを備える記録素子基板を用意し、記録素子基板の裏面に形成される、液体供給路18と液体回収路19とを覆うように、記録素子基板の裏面にフィルム状の蓋部材を設ける。その後に蓋部材に、液体供給路18と連通し液体供給路よりも小さい複数の液体供給開口2133と、液体回収路19と連通し液体回収路よりも小さい複数の液体回収開口2143を形成する。その後に、蓋部材を備える複数の記録素子基板をウエハから切断し、個々の記録素子基板を支持部材に接合することで複数の記録素子基板が配列された液体吐出ヘッドが作製される。
また図32、図33では明記していないが、蓋部材517に形成する開口は、図11(c)に示すように液体供給路18、液体回収路19に対して夫々複数形成している。
図36は、素子基板2010と蓋部材517(20)の外形の関係を示した図であり、図36(a)は、ウエハ状態で素子基板2010上に蓋部材517を形成した状態を示す。液体供給開口2133と液体回収開口2143は省略している。最終的に1つの記録素子基板10になる単位で蓋部材517が分割される。図36(b)は、図36(a)の一部を拡大して示した図である。ウエハ状態の素子基板2010を分割する際には、蓋部材517の無い領域で分割するとよい。蓋部材517の無い領域で分割することで、記録素子基板2010を分割する際に蓋部材517の形状悪化、および剥がれを抑制することができる。つまり、切断して分割する記録素子基板の外形サイズよりも蓋部材の外形サイズを小さくすることで、ウエハ状態の素子基板上に蓋部材を作製することを可能にし、切断時の蓋部材517の形状悪化、および剥がれを抑制することができる。
さらに本実施形態においては、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきを抑制するために、以下のような構造を備えている。すなわち、図25および図26のように、1つの液体供給路18に対して複数の液体供給開口2133が連通し、同様に、1つの液体回収路19に対して複数の液体回収開口2143が連通している。これらの液体供給開口2133と液体回収開口2143は、各圧力室23におけるインク循環流量、および圧力のばらつきが、インクの吐出特性に大きな影響を与えない範囲に収まるように、配備されている。具体的には、吐出口列14において吐出口13が配列される第1の方向において、液体供給開口2133と液体回収開口2143とが交互に位置するように配備されている。これにより、第1の方向における液体供給開口2133と液体回収開口2143との間隔をより狭くすることができる。したがって、液体供給路18と液体回収路19の流路幅が比較的狭い場合でも、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきを抑制することが可能となる。
さらに本実施形態においては、各圧力室23におけるインク循環流量、および圧力のばらつきを抑制するために、以下のような構造を備えている。すなわち図25および図26のように、共通供給路2134は、吐出口13の配列方向と交差する第2の方向に延在していて、第2の方向に配列される複数の液体供給開口2133と連通している。同様に、共通回収路2144は、第2の方向に延在していて、第2の方向に配列される複数の液体回収開口2143と連通している。さらに、複数の共通供給路2134は、個別供給口2135を介して、1つの共通供給流路211にまとめて連通されている。同様に、複数の共通回収路2144は、個別回収口2145を介して、1つの共通回収流路212にまとめて連通されている。
また、各圧力室23におけるインク循環流量、および圧力のばらつきを抑制するために、以下のような構造を備えることが望ましい。すなわち、吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133および/または液体回収開口2143は、その両端部以外に位置する液体供給開口2133および/または液体回収開口2143よりも形状を小さくする。つまり、吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133および/または液体回収開口2143の開口は、吐出口列14の両端以外の液体供給開口2133/または液体回収開口2143の開口よりも小さく形成する。吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133に対しては、その片側だけに吐出口列14の吐出口13が位置する。そのため、吐出口列14の両端部に位置する液体供給開口2133におけるインク流量は、その他の液体供給開口2133におけるインク流量よりも少なくなる。同様に、吐出口列14の両端部に位置する液体回収開口2143に対しては、その片側だけに吐出口列14の吐出口13が位置する。そのため、吐出口列14の両端部に位置する液体回収開口2143におけるインク流量は、その他の液体回収開口2143におけるインク流量よりも少なくなる。
図37は、記録素子基板10と、記録素子基板10における液体供給開口と液体回収開口との位置を示した図である。記録素子基板10は、各圧力室23におけるインク循環流量および圧力のばらつきを抑制するために、以下のような構造を備えることが望ましい。すなわち図37(a)のように、吐出口列14の端部と、記録素子基板10端部と、の間の領域aを大きく設定する。領域aは、例えば、記録素子基板10に対して電気信号を送受信するためのパット端子16、および記録素子15の駆動回路などの配置スペースとして利用することができる。また、このような領域aを利用して、図37(b)、(c)の透視図のように、液体回収口2133を配備することが望ましい。すなわち、吐出口列14が延在する第1の方向において、吐出口列14の端部に位置する吐出口13と重なるように液体回収口2133を配備する。これらの図37(b)、(c)においては、液体回収路19の左端部と、液体回収開口2143の左端部と、が同じ位置にある。また、図37(c)において、それらの液体回収路19および液体回収開口2143の左端部は、左端に位置する回収口17bよりも左方向に大きく膨出している。
本実施形態においては、液体吐出ヘッド3内の温度分布を抑制するために、以下のような構造を備えている。すなわち、図25および図26のように、吐出口列14の両端部のいずれにも液体回収開口2143が位置している。本例のように、各圧力室23を通してインクを強制的に循環させた場合、通常は、記録素子15等から発せられた熱がインクによって回収されるため、各圧力室23よりもインク流出側の流路内におけるインクの温度が高くなる。また、吐出口13からのインク中の水分の蒸発による影響を抑制するために充分なインク循環流量を確保したとしても、そのインク循環流量よりも、多数の吐出口13からインクを同時に吐出した際の吐出量の方が多くなる場合がある。このような場合には、共通回収流路212からも圧力室23内にインクが供給される。すなわち、共通回収流路212から、個別回収口2145、共通回収路2144、液体回収開口2143、液体回収路19、および回収口17bを通って、圧力室23内にインクが供給される。そのため、多数の吐出口13からインクを同時に吐出する際に、液体回収開口2143内の高温のインクが圧力室23内に供給されることがある。このような場合には、液体供給開口2133近辺よりも液体回収開口2143近辺のインクの温度が高くなり、液体供給開口2133近辺の吐出口13と、液体回収開口2143近辺の吐出口13と、の間において、インクの吐出速度の差が生じるおそれがある。また、吐出口列14の両端部の一端側に液体供給開口2133が位置し、その他端側に液体回収開口2143が位置した場合には、吐出口列14全体では、その配列方向において熱分布の傾きが生じて、液体吐出ヘッド全体としての熱分布幅が大きる。その結果、各吐出口13におけるインクの吐出特性にばらつきが生じるおそれがある。
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
以下、図面を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図43は、全吐出口から吐出した際の記録素子基板610の温度分布を示したグラフである。次に、本実施形態における記録素子基板610全体の温度分布について説明する。記録素子基板610は、50度で温調制御されている状態である。インク循環流の流量よりも吐出による流量の方が大きいため、液体回収開口2143におけるインクの流れの向きは吐出口に向けた流れとなっている。また、液体供給開口2133と液体回収開口2143の流量は液体供給開口2133の方が多い傾向となっている。図43(a)は、比較例として、1つの吐出口列14に対して液体供給開口2133と液体回収開口2143がそれぞれ1つ配置されている場合の温度分布である。液体供給路18や液体回収路19を流れるインクが記録素子基板610から熱を受け取り中央部の温度が高くなっている。また、液体供給開口2133と液体回収開口2143の温度を比較すると、液体供給開口2133の方が流量が大きいため、液体供給開口2133の温度が低くなっている。なお、液体回収開口2143が逆流しない場合においても、一度記録素子基板610を流れて熱を受け取ったインクが液体回収開口2143を流れるため、液体供給開口2133の温度が低くなる傾向である。図43(b)は、本実施形態における1つの吐出口列に対して液体供給開口2133と液体回収開口2143とがそれぞれ複数個交互に配置されている場合の温度分布である。液体供給開口2133と液体回収開口2143との距離が短いため、液体供給路18と液体回収路19を流れる長さが短くなるため、その間での昇温が小さくなり、特に液体回収開口2143と同じような温度となっている。さらに、液体供給開口2133と液体回収開口2143とが交互に並んでいるため、液体供給路18と液体回収路19を流れる最大長さが短くなるため、昇温が小さくなっている。
図45は、液体供給開口2133または液体供給開口2143の形状に関する変形例を示した図である。図45(a)は蓋部材620および記録素子基板610を吐出口とは反対の面から見た図である。図45(b)は、図45(a)の液体供給開口2133の詳細を示す図であり、記録素子基板10上の液体供給路18も合わせて示している。図45(c)は、蓋部材620に第4流路層224を備える支持部材30または第1流路部材50を接合した様子を示す。図45(b)に示すように、液体供給開口2133は、記録素子基板610の外形に合わせて平行四辺形の形状をしている。このように平行四辺形することで、図45(c)の蓋部材620と第4流路層224との接合面の幅W5や、液体供給開口2133の液体が流れる方向に直行した断面積をより大きくとることができる。つまり、蓋部材620と第4流路層224を接合する際の接着剤等のはみ出しを考慮すると液体供給開口2133と共通供給路2134との外形の最小間隔W6を大きくとることが望ましい。液体供給開口2133を平行四辺形とすることで、液体供給開口2133の断面積および幅W5および間隔W6をより大きくすることができる。リソグラフィ加工をすることで、本形状のような微細かつ複雑な形状も加工可能であり、液体供給開口2133や液体回収開口2143の断面積と、蓋部材620と支持部材30や第1流路部材50との接合面を大きくしやすくなる。
複数の記録素子基板が配列される液体吐出ヘッドでは、記録素子基板毎に蓋部材620が分かれていることにより、素記録子基板配置精度の悪化を抑制することができる。つまり、図23(d)や図24(e)に示すような液体吐出ヘッドにおいて、特許文献1のように、複数の記録素子基板に対して、長尺方向に一体化した蓋部材を用いた場合は、温度変化に対して蓋部材の線膨張係数が影響して記録素子基板の配置精度が悪化することがある。これに対して本実施形態のように記録素子基板毎に蓋部材620が分かれていることで、液体吐出ヘッドの長尺方向の温度変化による記録素子基板の配置精度の悪化は、蓋部材の線膨張係数ではなく、記録素子基板を支持する部材の線膨張係数に依るところが大きい。蓋部材620に樹脂フィルムを用いる際は一般に線膨張係数が30ppm程度である。これに対して、例えば複数の記録素子基板610を支持する部材にアルミナを用いた際は7ppm程度、線膨張係数を低減するフィラーを充填した樹脂材を用いる際は20ppm程度にすることができる。つまり、記録素子基板毎に蓋部材620を分け、複数の記録素子基板610を一体的に支持する部材の線膨張係数を小さくすることで、記録素子基板配置精度を向上させることができる。
本実施形態では、記録素子基板毎に個別の蓋部材620を設ける構成とすることで、記録素子基板610同士のつなぎ目での吐出口列のずれ幅を低減することができる。つまり、互いに隣接する記録素子基板に跨って蓋部材を形成する場合は、記録素子基板を蓋部材に接合する際に接着剤が必要になる場合があり、その様な場合は、接着剤の拡がりや這い上がりを考慮して隣接する記録素子基板間を広げる必要がある。これに対して、本実施形態では、後述する第4の実施形態における隣接基板の隙間部の構成(1)と(2)をとることで、接着剤の拡がりや這い上がりを考慮せずに隣接する記録素子基板同士を近づけることが可能となる。その結果、記録素子基板のつなぎ目での記録物への走査方向への記録素子基板同士のずれ幅を低減し、吐出口列のずれ幅を低減することができる。よって、つなぎ目の画像におけるムラ等の不具合を低減し、高品位な画像形成が可能となる。
以下、図面を参照して本発明の第4の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図46、図47は、本実施形態における隣接する記録素子基板の隙間部の構成の1例を示した図である。図46は、本実施形態の液体吐出ヘッドの概略図であり、図46(a)は、斜視図、図46(b)は、分解した状態の斜視図である。図47は、本実施形態における隣接素子基板間の概略図であり、図47(a)は、上面図であり、図47(b)は、図47(a)のXLVIIb-XLVIIbにおける断面図である。
図48から図49は、本実施形態における隣接基板の隙間部の構成の1例を示した図である。図48は、本構成例の液体吐出ヘッドの概略図であり、図48(a)は斜視図であり、図48(b)は分解した状態の斜視図である。図49は、本実施形態の隣接素子基板間の概略図であり、図49(a)は上面図、図49(b)は、図49(a)のXLIXb-XLIXbにおける断面図である。
このように、本発明は記録素子基板10のつなぎ目での記録物への走査方向への素子同士のずれ幅を低減し、吐出口列のずれ幅を低減することができる。その結果、つなぎ目の画像におけるムラ等の不具合を低減し、高品位な画像形成が可能となる。
以下、図面を参照して本発明の第5の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。本実施形態においても上述した各実施形態と同様に、蓋部材として第3流路流路層223を備える。
以下、図面を参照して本発明の第6の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。本実施形態においても上述した各実施形態と同様に、蓋部材として第3流路流路層223を備える。
さらに第1インク用の液体供給路18Mと液体回収路19M、および第2インク用の液体供給路18Yと液体回収路19Yの配置関係は、以下のように設定するとよい。すなわち、図54のように、第1インクの吐出口列と第2インクの吐出口列間の共通流出流路19Mと共通供給流路18Yの梁幅を梁幅W4とし、梁幅W1よりも梁幅W4を大きく設定する。梁幅W4を大きくすることで、共通流出流路19Mと共通供給流路18Yとの間でインクリークによる混色の発生を抑制することができる。ここで、梁幅W3と梁幅W4との関係は、同じ幅でもよいし、異なる幅でもよい。特に梁幅W3の方が大きい場合はインクの流れに対する流路圧力損失を低減可能であり、吐出特性を良くすることに繋がる。このように、インク循環流の逆流を抑制し、液体供給路内の圧力を負圧に保ちながら、インクの混色の発生を抑制することが可能となる。
以下、本発明の第7の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
13 吐出口
15 記録素子
18 液体供給路
19 液体回収路
20 蓋部材
23 圧力室
300 液体吐出ユニット
517 蓋部材
Claims (16)
- 液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に対応して設けられ、前記吐出口から液体を吐出するためのエネルギを発生する素子と、前記素子を内部に備える圧力室と、を備えた複数の素子基板と、
前記圧力室に液体を供給するための供給開口を備えた、前記複数の素子基板のそれぞれに設けられた樹脂フィルムと、を備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、
各素子基板の長手方向における端部の辺同士が向かい合って配列する前記複数の素子基板を準備する工程と、
前記素子基板の前記吐出口が形成される側の裏面に、液路の一部が前記樹脂フィルムで形成されるとともに、前記圧力室および前記供給開口に連通する供給路を設ける工程と、
前記液体吐出ヘッドを前記吐出口と対向する側からみたときに、前記樹脂フィルムの外形を、前記素子基板の外形よりも飛び出すことなく、少なくとも前記素子基板の長手方向における端部側において、前記樹脂フィルムを前記素子基板よりも内側に位置させる工程と、
感光性を有する前記樹脂フィルムに、露光することで、前記供給路と連通する複数の前記供給開口を形成する工程と、
前記素子基板の裏面に、前記圧力室の液体を回収する回収路を形成する工程と、
前記素子基板の裏面に、前記回収路を覆うように前記樹脂フィルムを転写する工程と、
前記供給開口を形成する工程において、前記樹脂フィルムに、前記回収路と連通し前記回収路よりも小さい複数の回収開口を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記供給路および前記回収路を、複数の前記吐出口が配列される吐出口列の延在する方向である第1の方向に沿って、前記吐出口列の長さに対応して設ける工程を有する請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記供給路および前記回収路を、前記第1の方向と交差する第2の方向に関して交互に配する工程を有する請求項2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記素子基板に、前記供給路の液体を前記圧力室に供給するための複数の供給口と、
前記圧力室の液体を前記回収路に回収するための複数の回収口と、を設ける工程を有する請求項2または3に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記素子基板の厚み方向に長手方向を有する液路として前記供給口および前記回収口を形成する請求項4に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記樹脂フィルムとして厚みは25um未満のものを用いる請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記素子基板と前記樹脂フィルムとの間には接着剤を介さずに、前記素子基板に前記樹脂フィルムを設ける請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 外形が平行四辺形である前記素子基板を用いる請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 外形が平行四辺形である前記素子基板を用い、前記供給開口と前記回収開口の少なくとも一方を平行四辺形の形状に形成する請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記素子基板を前記樹脂フィルムを介して支持する支持部材を準備する工程と、
前記支持部材と前記樹脂フィルムとの間に接着剤を設ける工程と、を有する請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 1つの前記供給路に対して連通する複数の前記供給開口を設ける請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記供給開口と前記回収開口とを、複数の前記吐出口が配列される吐出口列の延在する方向である第1の方向に関して交互に配する請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記支持部材が、複数の前記素子基板を支持し、
前記支持部材における前記素子基板が隣接する隣接部に溝を備え、前記溝の幅を前記素子基板の隙間の幅よりも大きくし、前記隣接部では前記樹脂フィルムと前記支持部材との接合部を、前記素子基板の外縁端部から内側に入り込ませる請求項10に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 線膨張係数が前記樹脂フィルムの線膨張係数よりも小さい前記支持部材を用いる請求項10に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 複数の前記支持部材に個別に前記素子基板を支持させ、
前記素子基板が互いに隣接する隣接部では、前記支持部材と前記樹脂フィルムとの接合部を前記素子基板の外縁端部から内側に入り込ませる請求項10に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 複数の前記素子基板を直線状に配列する請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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