(57)【要約】【課題】大型化によるコスト増大を招くことなく、温度分布による影響を低減して高い画像品質を実現する液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッド１は、液体を吐出する記録素子基板２と、記録素子基板２を支持する支持部材３と、を有し、記録素子基板２の支持部材３との接合面５ａには、複数の吐出口１１に液体を供給する供給路１５の開口部１５ａが複数の吐出口１１の配列方向に沿って開口している。記録素子基板２の接合面５ａには、記録素子基板２と支持部材２とが接合されて複数の空洞１７ａを形成する複数の凹部１７が形成されている。複数の凹部１７は、接合面５ａのうち、配列方向において開口部１５ａの端部よりも外側の領域を第１の領域とし、第１の領域を除いた領域を第２の領域としたとき、第１の領域における単位面積当たりの総開口面積が、第２の領域における単位面積当たりの総開口面積よりも広い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するための複数の吐出口と、液体を供給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、を備えた記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、を有し、前記記録素子基板の前記支持部材との接合面には、前記複数の吐出口に液体を供給する供給路の開口部が前記複数の吐出口の配列方向に沿って開口し、前記支持部材の前記記録素子基板との接合面には、前記供給路に液体を供給する流路の開口部が前記配列方向に沿って開口する、液体吐出ヘッドにおいて、
前記記録素子基板の前記接合面および前記支持部材の前記接合面の少なくとも一方の接合面には、前記記録素子基板と前記支持部材とが接合されて複数の空洞を形成する複数の凹部が形成され、
前記複数の凹部は、前記少なくとも一方の接合面のうち、前記配列方向において前記開口部の端部よりも外側の領域を第１の領域とし、前記第１の領域を除いた領域を第２の領域としたとき、前記第１の領域における単位面積当たりの総開口面積が、前記第２の領域における単位面積当たりの総開口面積よりも広いことを特徴とする、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記複数の凹部は、それぞれ同じ開口面積を有し、前記第１の領域における単位面積当たりの個数が、前記第２の領域における単位面積当たりの個数よりも多い、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記複数の凹部が、前記第１の領域と、前記第２の領域の前記第１の領域に隣接する領域とにのみ設けられている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記複数の凹部が、前記第１の領域にのみ設けられている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記複数の凹部は、前記少なくとも一方の接合面の周縁よりも内側に設けられている、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。
【請求項６】
液体を吐出するための複数の吐出口と、液体を供給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、を備えた記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、を有し、前記記録素子基板の前記支持部材との接合面には、前記複数の吐出口に液体を供給する供給路の開口部が前記複数の吐出口の配列方向に沿って開口し、前記支持部材の前記記録素子基板との接合面には、前記供給路に液体を供給する流路の開口部が前記配列方向に沿って開口する、液体吐出ヘッドにおいて、
前記記録素子基板と前記支持部材との間の前記接合面の領域には、密閉された空気層が形成され、
前記空気層は、前記接合面のうち、前記配列方向において前記開口部の端部よりも外側の領域を第１の領域とし、前記第１の領域を除いた領域を第２の領域としたとき、前記第１の領域における単位面積当たりの占有面積が、前記第２の領域における単位面積当たりの占有面積よりも広いことを特徴とする、液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記空気層が、前記第１の領域と、前記第２の領域の前記第１の領域に隣接する領域とにのみ設けられている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記空気層が、前記第１の領域にのみ設けられている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第１の領域の、前記配列方向における前記開口部の端部から前記接合面の端部までの距離が、前記第２の領域の、前記配列方向と垂直な方向における前記開口部の端部から前記接合面の端部までの距離よりも長い、請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記エネルギー発生素子が発熱素子である、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを有する記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクなどの液体を吐出して記録媒体に画像を記録する記録装置に搭載される液体吐出ヘッドとして、熱エネルギーによる吐出方式の液体吐出ヘッドが知られている。この方式の液体吐出ヘッドは、電気信号に応じて熱エネルギーを発生させるエネルギー発生素子（発熱素子）を備え、この熱エネルギーにより液体中に気泡を発生させ、その気泡を利用して液体を吐出するものである。
このような液体吐出ヘッドでは、液体の吐出量が周囲の温度に大きく左右されるため、安定した液体吐出動作を実現するためには、液体吐出ヘッドの温度や液体の温度を適切に管理することが必要になる。しかしながら、エネルギー発生素子で発生する熱エネルギーは、液体を吐出するために利用される以外に、大気中や液体、基板等に放熱され、その放熱性は、周囲環境の違いから液体吐出ヘッド内の場所によって大きく異なる。その結果、液体吐出ヘッド内に温度分布が生じ、その温度分布に応じて液体の粘度が変化することで、記録画像に濃度ムラが発生し、画像品質の低下を招くおそれがある。
これに対し、特許文献１には、液体吐出用とは別に加熱用の発熱素子を設け、液体吐出ヘッドの温度調整を行うことで、温度分布による液体の吐出量への影響を低減する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２４４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のように加熱用の発熱素子を別途設けることは、液体吐出ヘッドの大型化につながり、ひいては製造コストの増大につながる。
そこで、本発明の目的は、大型化によるコスト増大を招くことなく、温度分布による影響を低減して高い画像品質を実現する液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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の複数の吐出口と、液体を供給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、を備えた記録素子基板と、記録素子基板を支持する支持部材と、を有し、記録素子基板の支持部材との接合面には、複数の吐出口に液体を供給する供給路の開口部が複数の吐出口の配列方向に沿って開口し、支持部材の記録素子基板との接合面には、供給路に液体を供給する流路の開口部が配列方向に沿って開口している。一態様では、記録素子基板の接合面および支持部材の接合面の少なくとも一方の接合面には、記録素子基板と支持部材とが接合されて複数の空洞を形成する複数の凹部が形成され、複数の凹部は、少なくとも一方の接合面のうち、配列方向において開口部の端部よりも外側の領域を第１の領域とし、第１の領域を除いた領域を第２の領域としたとき、第１の領域における単位面積当たりの総開口面積が、第２の領域における単位面積当たりの総開口面積よりも広い。他の態様では、記録素子基板と支持部材との間の接合面の領域には、密閉された空気層が形成され、空気層は、接合面のうち、配列方向において開口部の端部よりも外側の領域を第１の領域とし、第１の領域を除いた領域を第２の領域としたとき、第１の領域における単位面積当たりの占有面積が、第２の領域における単位面積当たりの占有面積よりも広い。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、大型化によるコスト増大を招くことなく、温度分布による影響を低減して高い画像品質を実現する液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【図３】基板の接合面と液体を連続的に吐出した後の温度分布を示す図である。
【図４】本実施形態の複数の凹部の配置例を示す基板の概略平面図である。
【図５】本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成について説明する。図１は、本実施形態の液体吐出ヘッドの概略斜視図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿った概略断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【００１０】
液体吐出ヘッド１は、インクジェットプリンタ等の記録装置に搭載され、インク等の液体を吐出して用紙等の記録媒体に画像を記録するものである。液体吐出ヘッド１は、液体を吐出する記録素子基板２と、記録素子基板２を支持する支持部材３とを有している。記録素子基板２は、接着材４によって支持部材３に接合されている。
記録素子基板２は、基板５と、基板５に接合された吐出口形成部材６とを有している。吐出口形成部材６には、液体を吐出するための複数の吐出口１１と、これら吐出口１１に液体を供給する複数の流路１２とが形成されている。複数の吐出口１１は、吐出口形成部材６の長手方向（以下、「吐出口配列方向」という）Ｌに沿って所定のピッチで配列され、２つの吐出口列を構成している。基板５には、吐出口１１に対向する位置に、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発熱素子であるエネルギー発生素子１３が設けられている。この熱エネルギーにより、流路１２内の液体を発泡させて吐出口１１から吐出することができる。エネルギー発生素子１３としては、発熱素子（ヒータ）の他、流路１２の壁を変形させることで圧力を発生させて液体を吐出する圧電素子（ピエゾ素子）を用いることもできる。ただし、圧電素子でも熱は発生し得るが、発熱素子の方が発熱量は大きい。なお、基板５の吐出口配列方向Ｌの両端部には、エネルギー発生素子１３に電力を供給するために外部（例えば、液体吐出装置）との電気的接続を行う複数の端子１４が設けられている。
【００１１】
また、基板５には、複数のエネルギー発生素子１３からなる２つの素子列の間に、複数の流路１２に液体を供給するための供給路１５が、基板５を貫通して形成されている。これに応じて、支持部材３には、基板５の供給路１５に液体を供給するための流路１６が支持部材３を貫通して形成されている。供給路１５は、基板５の支持部材３との接合面５ａに、吐出口配列方向Ｌに沿って開口する開口部１５ａを有し、流路１６は、支持部材３の基板５との接合面３ａに、吐出口配列方向Ｌに沿って開口する開口部１６ａを有している。
さらに、基板５の支持部材３との接合面５ａには、記録素子基板２と支持部材３とが接合されて複数の空洞１７ａを形成する複数の凹部１７が形成されている。空洞１７ａは、内部に熱伝導性が低い空気層を含み、記録素子基板２と支持部材３との熱抵抗を増加させて伝熱性（放熱性）を低下させる機能を有している。そのため、空洞１７ａは、液体吐出ヘッド１内の温度分布を低減させるために、記録素子基板２から支持部材３への放熱性の高い領域に多く設けられている。
【００１２】
エネルギー発生素子１３で発生する熱エネルギーは、液体を吐出するために利用される以外に、大気中や液体、基板５等に放熱される。特に、基板５は、一般に熱伝導率が高いシリコン（Ｓｉ）などの材料からなることが多いため、エネルギー発生素子１３で発生する熱エネルギーは、その多くが基板５に放熱され、基板５を介して支持部材３へとさらに放熱される。このとき、基板５の接合面５ａには、開口部１５ａが開口しているため、接合面積が広い領域（図２（ａ）参照）と狭い領域（図２（ｂ）参照）とが存在し、これらの間で放熱性に差が生じる。すなわち、吐出口配列方向Ｌにおける記録素子基板２の両端部では、支持部材３との接合面積が広いため、比較的放熱しやすく、中央部では、支持部材３との接合面積が狭いため、比較的放熱しにくい。その結果、液体を連続的に吐出する場合、吐出口配列方向Ｌにおいて液体吐出ヘッド１内に温度分布が生じてしまう。図３（ａ）には、複数の凹部１７が設けられていない場合の基板５の接合面５ａ（上図）と、液体を連続的に吐出した後の当該接合面５ａの温度分布（上図の点線上の温度分布、下図）が示されている。
【００１３】
これに対し、本実施形態では、上述したように、記録素子基板２と支持部材３との熱抵抗を増加させる空洞１７ａとなる凹部１７が、基板５の接合面５ａのうち放熱性がより高い領域、すなわち吐出口配列方向Ｌの両端部に集中的に設けられている。これにより、基板５の吐出口配列方向Ｌの両端部において支持部材３への放熱が阻害され、液体吐出ヘッド１内に温度分布を生じにくくすることができる。図３（ｂ）には、複数の凹部１７が設けられている本実施形態の基板５の接合面５ａ（上図）と、液体を連続的に吐出した後の当該接合面５ａの温度分布（上図の点線上の温度分布、下図）が示されている。
【００１４】
ここで、図４（ａ）から図４（ｃ）を参照して、本実施形態の複数の凹部の配置について詳細に説明する。図４（ａ）から図４（ｃ）は、複数の凹部のいくつかの配置例を示す基板の概略平面図である。
本実施形態では、基板５の接合面５ａは、接合面積の大きさに応じて、以下のように区分される。すなわち、基板５の接合面５ａのうち、吐出口配列方向Ｌにおける開口部１５ａの端部よりも外側の領域が第１の領域Ａとして区分され、第１の領域Ａを除いた領域が第２の領域Ｂとして区分される。ここで、第１の領域Ａの、吐出口配列方向Ｌにおける開口部１５ａの端部から接合面５ａの端部までの距離Ｗ１は、第２の領域Ｂの、吐出口配列方向Ｌと垂直な方向における開口部１５ａの端部から接合面５ａの端部までの距離Ｗ２よりも長くなっている。このため、接合面５ａに複数の凹部１７が設けられていないと、第１の領域Ａの放熱性がより高くなり、吐出口配列方向Ｌに温度分布が生じることになる（図３（ａ）参照）。
【００１５】
このような接合面５ａに対し、複数の凹部１７は、第１の領域Ａにおける単位面積当たりの総開口面積が、第２の領域Ｂにおける単位面積当たりの総開口面積よりも大きくなるように、基板５の接合面５ａに設けられている。例えば、図示したように、個々の凹部１７の開口面積が同じ場合には、複数の凹部１７は、第１の領域Ａにおける単位面積当たりの個数が、第２の領域Ｂにおける単位面積当たりの個数よりも多くなるように、基板５の接合面５ａに設けられている。換言すると、複数の凹部１７は、第１の領域Ａにおける単位面積当たりの空洞（空気層）１７ａの占有面積が、第２の領域Ｂにおける単位面積当たりの空洞（空気層）１７ａの占有面積よりも広くなるように、基板５の接合面５ａに設けられている。このような構成により、液体を連続的に吐出する際に、本来は放熱性がより高い第１の領域Ａにおいて支持部材３への放熱を阻害することができ、液体吐出ヘッド１内で吐出口配列方向Ｌに沿った温度分布が生じることを抑制することができる。その結果、液体の吐出量を安定化させて高精細な画像を得ることが可能になる。なお、複数の凹部１７は、接合面５ａの周縁よりも内側に設けられていることが好ましい。これにより、基板５と支持部材３とが接合される際に凹部１７の内部が接着材４によって完全に充填されず、空洞１７ａの内部に密閉された空気層を形成することができる。
【００１６】
図４（ａ）に示す例では、複数の凹部１７は、接合面５ａの全体にわたって設けられているが、必ずしもその必要はなく、放熱性がより高い領域に集中的に設けられていてもよい。例えば、複数の凹部１７は、図４（ｂ）に示すように、特に放熱性が高い第１の領域Ａと、第２の領域Ｂの第１の領域Ａに隣接する領域とにのみ設けられていてもよく、図４（ｃ）に示すように、第１の領域Ａにのみ設けられていてもよい。このような場合であっても、液体吐出ヘッド１内の温度分布を低減する効果があり、液体吐出ヘッド１の温度を適切に管理することが可能になる。
また、複数の凹部１７は、図４（ａ）から図４（ｃ）に示す例に限定されるものではなく、開口面積の大きさや個数も、図４（ａ）から図４（ｃ）に示す例に限定されるものではない。複数の凹部１７は、第１の領域Ａにおける単位面積当たりの総開口面積が、第２の領域Ｂにおける単位面積当たりの総開口面積よりも大きくなっていれば、例えば、図で見て左右非対称に配置されていてもよく、異なる開口面積のものを含んでいてもよい。
【００１７】
次に、図５（ａ）から図５（ｅ）を参照して、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例について説明する。図５（ａ）から図５（ｅ）は、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例の各工程を示す断面図であり、図２（ｂ）に対応する断面図である。
まず、基板５として、エネルギー発生素子１３が設けられたＳｉ基板を準備する。そして、図５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、基板５の所定の位置に、基板５に供給路１５および凹部１７を形成する際のエッチングマスク２１を樹脂にて形成する。次に、基板５上にポジ型感光性樹脂層を形成し、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることで、図５（ｂ）に示すように、流路１２を形成するための型材２２を形成する。そして、その上に、吐出口形成部材６の部材となるネガ型感光性樹脂層を形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターンニングすることで、図５（ｃ）に示すように、吐出口１１を形成する。
【００１８】
次に、エッチングマスク２１を用いて、アルカリ溶液による異方性エッチングを行い、供給路１５および複数の凹部１７を一括して形成する（図５（ｄ）参照）。なお、凹部１７の形成には、ドライエッチングを用いることもできる。その後、エッチングマスク２１を除去し、さらに、型材２２であるポジ型感光性樹脂層を除去することで、吐出口形成部材６に流路１２が形成され、図５（ｄ）に示すように、記録素子基板２が完成する。
そして、流路１６が形成された支持部材３に接着材４を塗布し、図５（ｄ）に示すように、記録素子基板２と支持部材３とを接合する。このとき、接着材４は、基板５の支持部材３との接合面が支持部材３に固定できる範囲に塗布する。接着材４としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。なお、最後に、記録素子基板２の端子（図示せず）との電気的な接続を行い、図１に示す液体吐出ヘッド１が完成する。
【００１９】
上述した実施形態では、複数の凹部１７は、記録素子基板２（基板５）の支持部材３との接合面５ａに設けられているが、支持部材３の記録素子基板２との接合面に設けられていてもよく、あるいは、その両方に設けられていてもよい。すなわち、複数の凹部１７は、記録素子基板２の支持部材３との接合面５ａと、支持部材３の記録素子基板２との接合面の、少なくとも一方の接合面に設けられていればよい。
【符号の説明】
【００２０】
１  液体吐出ヘッド
２  記録素子基板
３  支持部材
５ａ  接合面
１７  凹部
【図１】
2018079577.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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