(57)【要約】【課題】吐出口プレートが基板から剥がれにくく、かつ、異物が吐出口プレートに付着しにくい液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】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２が片面に配置されている基板１と、片面に接合されている吐出口プレート３と、を有し、吐出口プレート３が、エネルギー発生素子２に対向する吐出口３１を備えたノズル部３０と、ノズル部３０を囲む溝４であって、片面との接合面に隣接し、複数の凹凸が交互に連続した鋸歯状に形成されている一対の側面４１を備えた第１の溝部４ａと、吐出口３１の近傍で開口し、開口縁部４２が直線状に形成されている開口部４３を備えた第２の溝部４ｂと、を有する溝４と、開口部内に溝４に沿って形成されている壁部材５と、を有する。【選択図】  図１
2014205290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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片面に配置されている基板と、前記片面に接合されている吐出口プレートと、を有する液体吐出ヘッドであって、
前記吐出口プレートが、
前記エネルギー発生素子に対向する吐出口を備えたノズル部と、
前記ノズル部を囲む溝であって、前記片面との接合面に隣接し、複数の凹凸が交互に連続した鋸歯状に形成されている一対の側面を備えた第１の溝部と、前記吐出口の近傍で開口し、開口縁部が直線状に形成されている開口部を備えた第２の溝部と、を有する溝と、
前記開口部内に前記溝に沿って形成されている壁部材と、
を有する、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記壁部材は、前記開口部の前記開口縁部および前記一対の側面から離れて配置されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記開口部の開口幅が、前記一対の側面間の最大距離よりも広い、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記壁部材は、前記一対の側面間に位置している支持部と、前記支持部に支持され、前記開口部内で前記一対の側面を覆っている被覆部と、を備えている、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。
【請求項５】
前記壁部材を前記吐出口プレートの厚さ方向に切断した断面がＴ字状になっている、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。
【請求項６】
前記ノズル部の厚さと、前記片面からの前記壁部材の高さが同じである、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出口が設けられた吐出口プレートと、エネルギー発生素子を備える基板と、を有する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドには、複数のエネルギー発生素子体が配列された基板と、各エネルギー発生素子体と対応する複数の吐出口が設けられた吐出口プレートと、基板と吐出口プレートの間に形成された流路とを備えた構造が知られている。
【０００３】
上記のような構造を有する液体吐出ヘッドでは、基板と吐出口プレートとの間で線膨張係数が異なるため、記録による発熱や保存状況などといった環境変化により、各部材間の界面部分に応力がかかる。そこで、吐出口プレートと基板との剥がれを抑制するために、吐出口列の外側を取り囲むように溝を形成する技術が知られている。さらに、溝の側面を鋸歯状に形成することによって、基板と吐出口プレートとの接合部にかかる応力を緩和する技術が知られている。
【０００４】
しかしながら、上述した鋸歯形状の溝は、新たな課題を生じさせる場合がある。インクジェット記録装置を動作させると、記録媒体から出る紙粉や、埃といった異物が吐出口プレート表面に付着する場合がある。この場合、異物が吐出口を塞いでしまい、吐出不良を起こすおそれがある。特に、鋸歯状の溝は、異物が引っかかりやすいため、吐出不良を起こす可能性が高くなる。そこで、このような問題を解決するための技術が提案され、特許文献１に開示されている。
【０００５】
図５は、特許文献１に開示された技術を説明するための平面図である。図６は、図５の一部を拡大した拡大図である。図７は、図６に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【０００６】
図５に示す液体吐出ヘッドでは、基板１００に吐出口プレート３００が接合されている（図７参照）。基板１００の片面には、エネルギー発生素子２００が配置されている。吐出口プレート３００には、エネルギー発生素子２００に対向する吐出口３０１が形成されている。さらに、吐出口プレート３００は、基板１００との接合面側に設けられた第１の溝部４００ａと、吐出口側に設けられた第２の溝部４００ｂとを有している。第１の溝部４００ａには、複数の凹凸が交互に連続した鋸歯状の一対の側面４０１が形成されている（図６参照）。一方、第２の溝部４００ｂには、吐出口３０１の近傍で開口している開口部４０３が形成されている（図７参照）。
【０００７】
図５に示す液体吐出ヘッドによれば、一対の側面４０１が鋸歯状に形成されている。これにより、基板１００と吐出口プレート３００との接合面に生じる熱応力が緩和され、吐出口プレート３００が基板１００から剥がれにくくなる。また、開口部４０３の開口縁部４０２が、直線状に形成されている（図６参照）。これにより、異物が開口部４０３に引っかかりにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１４３１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図５に記載の液体吐出ヘッドでは、開口部４０３の開口幅が広いと、異物が開口部４０３から第２の溝４００ｂに入り込みやすくなる。異物８００が第２の溝４００ｂに入り込んだ場合、異物８００が第１の溝部４００ａに到達して鋸歯状の側面４０１に引っかかる可能性がある（図６、７参照）。そのため、図５に記載の液体吐出ヘッドでは、異物付着を防ぐ対策が不十分である。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、吐出口プレートが基板から剥がれにくく、かつ、異物が吐出口プレートに付着しにくい液体吐出ヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が片面に配置されている基板と、前記片面に接合されている吐出口プレートと、を有する液体吐出ヘッドであって、前記吐出口プレートが、前記エネルギー発生素子に対向する吐出口を備えたノズル部と、前記ノズル部を囲む溝であって、前記片面との接合面に隣接し、複数の凹凸が交互に連続した鋸歯状に形成されている一対の側面を備えた第１の溝部と、前記吐出口の近傍で開口し、開口縁部が直線状に形成されている開口部を備えた第２の溝部と、を有する溝と、前記開口部内に前記溝に沿って形成されている壁部材と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、吐出口プレートが基板から剥がれにくく、かつ、異物が吐出口プレートに付着しにくい液体吐出ヘッドの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。
【図２】図１に示す液体吐出ヘッドの製造過程を示す断面図である。
【図３】図１に示す液体吐出ヘッドの製造過程を示す断面図である。
【図４】図１に示す液体吐出ヘッドの製造過程を示す断面図である。
【図５】特許文献１に開示された技術を説明するための平面図である。
【図６】図５の一部を拡大した拡大図である。
【図７】図６に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下、液体吐出ヘッドの一例として、インクジェット記録ヘッドを説明する。
【００１５】
図１は、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。図１（ａ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの斜視図である。図１（ｂ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの上面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００１６】
図１に示すインクジェット記録ヘッド１０は、シリコン基板１と、シリコン基板１に接合された吐出口プレート３と、を有している。シリコン基板１の中央部には、インク供給口６が設けられている。インク供給口６は、シリコン基板１を貫通し、シリコン基板１の長手方向に延びている。インク供給口６の長手方向の両側に沿って、複数のエネルギー発生素子２が配列されている。各エネルギー発生素子２は、インク供給口６から供給された液体（インク）を加熱する。加熱されたインクが発泡する。これにより、液滴が吐出口３１から吐出される。吐出口３１は、吐出口プレート２に形成され、エネルギー発生素子２に対向している。シリコン基板１と吐出口プレート３との間にはインク流路７が形成されている。インク流路７によって、インク供給口６と各吐出口３１が連通する。
【００１７】
吐出口プレート３には、吐出口３１が形成されたノズル部３０を取り囲むように枠状の溝４が形成されている。溝４は、第１の溝部４ａと、第２の溝部４ｂとで構成されている。第１の溝部４ａは、シリコン基板１との接合面に隣接する一対の側面４１を備えている（図１（ｂ）参照）。一対の側面４１は、図１（ｂ）に示すように、複数の凹凸が交互に連続した鋸歯状に形成されている。一方、第２の溝部４ｂは、吐出口３１の近傍で開口した開口部４３を備えている（図１（ｃ）参照）。開口部４３の開口縁部４２は、図１（ｂ）に示すように直線状に形成されている。
【００１８】
溝４の内部には、壁部材５が設けられている。壁部材５は、開口部内および一対の側面間に位置し、溝４の全周に渡って延びている。具体的には、壁部材５は、一対の側面４１の間に位置している支持部５ａと、支持部５ａに支持され、開口部内で一対の側面４１を覆っている被覆部５ｂと、を備えている（図１（ｃ）参照。本実施形態では、支持部５ａおよび被覆部５ｂを、吐出口プレート３００の厚さ方向に切断した断面で見るとＴ字状になっている（図１（ａ）、（ｃ）参照）。
【００１９】
次に、上述したインクジェット記録ヘッド１０の製造方法について説明する。
【００２０】
図２〜図４は、図１に示す液体吐出ヘッドの製造過程を示す断面図である。
【００２１】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面（片面）１０に複数のエネルギー発生素子２が配置される。表面１ａには、各エネルギー発生素子２を駆動制御するための電子部品として、ドライバー（不図示）およびロジック回路（不図示）なども配置されている。エネルギー発生素子２には、例えば電気熱変換素子または圧電素子などを用いることができる。エネルギー発生素子２が電気熱変換素子の場合、エネルギー発生素子２が近傍の液体を加熱することにより、液体が状態変化する。その結果、吐出エネルギーが発生する。
【００２２】
続いて、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面１ａに密着向上層９が形成されるとともに、シリコン基板１の裏面１ｂに裏面マスク１２が形成される。以下、密着向上層９及び裏面マスク１２の形成方法について説明する。まず、熱可塑性樹脂材料をスピンコート法により塗布する。その後、オーブン炉にてベークすることによって、熱可塑性樹脂材料を硬化させる。最後にドライエッチング法により不要部分を選択的に除去することで、密着向上層９及び裏面マスク１２が完成する。本実施形態では、各層の厚さは２μｍとなっている。熱可塑性樹脂材料には、例えば、ポリエーテルアミド樹脂（日立化成（株）製品名：ＨＩＭＡＬ−１）等を用いることができる。
【００２３】
続いて、図２（ｃ）に示すように、流路成型材１１および溝成型材１３が形成される。流路成型材１１は、各エネルギー発生素子２を覆うように形成される。一方、溝成型材１３は、流路成型材１１の周囲に形成される。各成型材は、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塗布し、選択的に露光、現像する工程を経て形成される。本実施形態では、各成型材の厚さは１４μｍとなっている。溶解可能なポジ型感光性樹脂材料には、例えば、ＯＤＵＲ（東京応化工業株式会社製）などを用いることができる。
【００２４】
続いて、図２（ｄ）に示すように、表面１ａ流路成型材１１、および溝成型材１３を覆うように、被覆感光性樹脂膜１４が形成される。被覆感光性樹脂膜１４は、上述した吐出口プレート３を構成する部材である。被覆感光性樹脂膜１４は、ネガ型の感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布することによりその厚さが２０μｍになっている。ネガ型の感光性樹脂材料には、例えば、エポキシ樹脂（ＥＨＰＥ−３１５０ダイセル化学（株））等を適用できる。
【００２５】
その後、被覆感光性樹脂膜１４は、選択的に露光、現像することで吐出口３１の下部３１ａと、壁部材５の支持部５ａと、第１の溝部４ａとが形成される（図３（ａ）参照）。この際、第１の溝部４ａの一対の側面４１は、エッチングにより鋸歯状に形成される。
【００２６】
続いて、図３（ｂ）に示すように、流路成型材１１、溝成型材１３、および被覆感光性樹脂膜１４を覆うように、成型材１５が形成される。成型材１５は、成型材１１、１３と同様に、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塗布することで形成される。その後、図３（ｃ）に示すように、選択的な露光、現像によって、成型材１５の厚さは２μｍとなる。溶解可能なポジ型感光性樹脂材料には、例えば、ＯＤＵＲ（東京応化工業株式会社製）などを用いることができる。
【００２７】
続いて、図３（ｄ）に示すように、被覆感光性樹脂膜１４および成型材１５を覆うように、被覆感光性樹脂膜１６が形成される。被覆感光性樹脂膜１６は、被覆感光性樹脂膜１４と同じネガ型の感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布することにより５μｍの厚さに形成される。その後、図４（ａ）に示すように、被覆感光性樹脂膜１６を選択的に露光、現像することで吐出口３１の上部３１ｂと、壁部材５の被覆部５ｂと、第２の溝部４ｂとが形成される。この際、第２の溝部４ｂに関し開口部４３の開口縁部４２は、直線状に形成される（図１（ｂ）参照）。また、吐出口３１に関し、上部３１ｂの口径は、下部３１ａの口径のよりも大きくなる。すなわち、吐出口３１は２段になる。
【００２８】
その後、被覆感光性樹脂膜１４、１６は、オーブン炉にて１４０℃／６０ｍｉｎの条件で硬化させられる。
【００２９】
続いて、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１の裏面１ｂを除いてシリコン基板１を覆うように、ＡＥ保護膜１７が形成される。ＡＥ保護膜１７は、スピンコート法にて塗布され、その厚さは４０μｍとなっている。ＡＥ保護膜１７は、後述する結晶異方性エッチングから被膜感光性樹脂膜１４及び１６を保護するために形成される。ＡＥ保護膜１７には、環化ゴムなどの、例えば、ＯＢＣ（東京応化工業株式会社製）を用いることができる。
【００３０】
続いて、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板１の裏面１ｂが結晶異方性エッチングされることによって、インク供給口６が形成される。インク供給口６は、裏面１ｂにおいて裏面マスク１２が形成されていない部分を結晶異方性エッチング液によりエッチングすることによって形成される。結晶異方性エッチング液は、例えば、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）等を用いることができる。
【００３１】
続いて、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板１の表面１ａに形成された流路成型材１１、溝成型材１３、および成型材１５が除去される。これにより、吐出口３１およびインク流路７が形成される。各成型材は、４０℃に加熱温度調整した乳酸メチルに浸漬され、２００ｋＨｚ／２００Ｗの条件で超音波をかけられる。その結果、流路成型材１１は吐出口３１およびインク供給口６から溶出する。溝成型材１３および成型材１５は第２の溝部４ｂの開口部４３から溶出する。
【００３２】
最後にオーブン炉にて２００℃／６０ｍｉｎの条件で被膜感光性樹脂膜１４、１６を完全に硬化させることで本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０が完成する。
【００３３】
上記のように製造されたインクジェット記録ヘッド１０では、一対の側面４１が鋸歯状に形成されている。そのため、シリコン基板１と吐出口プレート３との接合面で生じる熱応力が緩和されるので、シリコン基板１から吐出口プレート３が剥がれにくくなる。さらに、溝４の内部では壁部材５の被覆部５ｂが一対の側面４１ｂを覆っている。そのため、図５〜図７に示す従来のインクジェット記録ヘッドに比べて異物が溝４内に入り込みにくくなる。その結果、吸引ポンプ等で構成された回復機構を設けなくても異物が吐出プレート３に付着しにくくなる。
【００３４】
上記のように製造されたインクジェット記録ヘッド１０では、一対の側面４１が鋸歯状に形成されている。そのため、シリコン基板１と吐出口プレート３との接合面で生じる熱応力が緩和されるので、シリコン基板１から吐出口プレート３が剥がれにくくなる。さらに、溝４の内部では壁部材５の板状部材５ｂが一対の側面４１を覆っている。そのため、図５〜図７に示す従来のインクジェット記録ヘッドに比べて異物が溝４内に入り込みにくくなる。その結果、異物が吐出プレート３に付着しにくくなる。
【００３５】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０では、壁部材５は、開口部４３の開口縁部４２および一対の側面４１から離れて配置されている。そのため、ノズル部３０と壁部材５との間に隙間が形成される。本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０では、エネルギー発生素子２の発熱によりノズル部３０とシリコン基板１との間で大きな熱応力が生じる。しかし、上述した隙間により、壁部材５は、その熱応力の影響を受けない。これにより、壁部材５とシリコン基板１との密着性が確保される。
【００３６】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０では、図１（ｂ）に示すように、開口部４３の開口幅Ｗが、一対の側面４１間の最大距離Ｄよりも広くなっているので、第１の溝部４ａと第２の溝部４ｂとの境界に段差が形成されている。すなわち、開口部４３から一対の側面４１までの異物の侵入経路の途中に屈曲部が形成されることになる。したがって、異物が開口縁部４２と壁部材５との隙間から入り込んだとしても、その異物は一対の側面４１まで到達しにくくなる。そのため、より一層、異物が吐出プレート３に付着しにくくなる。さらに、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０では、図１（ｃ）に示すように、ノズル部３０の厚さｔが、シリコン基板１の表面１ａからの壁部材５の高さＨと同じになっている。この形態により、開口縁部４２と壁部材５との隙間がより狭まるので異物が開口部４３からより一層入りにくくなる。
【符号の説明】
【００３７】
１  シリコン基板
２  エネルギー発生素子
３  吐出口プレート
４  溝
４ａ  第１の溝部
４ｂ  第２の溝部
５  壁部材
３０  ノズル部
３１  吐出口
４１  側面
４２  開口縁部
４３  開口部
【図１】
2014205290.tif 000003
【図２】
2014205290.tif 000004
【図３】
2014205290.tif 000005
【図４】
2014205290.tif 000006
【図５】
2014205290.tif 000007
【図６】
2014205290.tif 000008
【図７】
2014205290.tif 000009