(57)【要約】      （修正有）【課題】流路形成部材に体積変化が生じても、吐出口や流路に変形が生ずることの少ない液体吐出ヘッドを実現する。【解決手段】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エネルギー発生素子１が複数設けられた基板２上に、液体が吐出される複数の吐出口５ａと、液体が供給される液体供給口６ａとが設けられている。また、前記液体供給口６ａと前記吐出口５ａとを連通させる流路７が設けられている。そして、前記流路７を形成する流路形成部材は、樹脂によって形成され、一つの前記吐出口５ａに連通する前記流路７を形成している前記流路形成部材は、他の前記吐出口５ａに連通する前記流路７を形成している前記流路形成部材から独立している。【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に利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が複数設けられるとともに、前記液体が供給される液体供給口が設けられた基板上に、前記液体が吐出される複数の吐出口と、前記液体供給口と前記吐出口とを連通させる複数の流路と、が設けられ、前記流路を形成する流路形成部材が樹脂によって形成されている液体吐出ヘッドにおいて、
一つの前記吐出口に連通する前記流路を形成している前記流路形成部材が、他の前記吐出口に連通する前記流路を形成している前記流路形成部材から独立していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
一つの前記吐出口に対して、一つ以上の前記液体供給口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記吐出口が、前記エネルギー発生素子と対向して設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
二つの前記液体供給口の間に前記エネルギー発生素子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
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エネルギー発生素子が複数設けられるとともに、前記液体が供給される液体供給口が設けられた基板上に、前記液体が吐出される複数の吐出口と、前記液体供給口と前記吐出口とを連通させる複数の流路と、が設けられ、前記流路を形成する流路形成部材が樹脂によって形成されている液体吐出ヘッドにおいて、
前記基板上に、前記各エネルギー発生素子を被覆する独立した流路パターンを形成する工程と、
複数の前記流路パターンを被覆する樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層を部分的に除去し、該樹脂層を前記各流路パターンに応じて分割する工程と、
前記基板を貫通して一つの流路パターンに連通する少なくとも一つ開口部を形成する工程と
前記流路パターンを除去する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関するものであり、より具体的には、被記録媒体に対してインク滴を吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体を吐出する液体吐出ヘッドの一例として、被記録媒体に対してインク滴を吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドが挙げられる。
【０００３】
上記インクジェット記録ヘッドには、インク滴が吐出される吐出口と、該吐出口に対応した流路とが設けられている。かかる構造のインクジェット記録ヘッドは、高密度化された画像の形成や高速記録に適しており、今日では多くの記録装置に用いられている。
【０００４】
例えば特許文献１乃至４には、基板上に複数個の吐出口と、それら吐出口に連通する流路とを備えた液体吐出ヘッドとその製造方法が示されている。
【０００５】
上記各特許文献に示されているように、一般的な液体吐出ヘッドは、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エネルギー発生素子と、液体が供給される供給口とが設けられた基板を有する。さらに、基板上には、液体が吐出される吐出口と、供給口から供給された液体を吐出口へと導く流路とが設けられている。そして、流路は、基板上に設けられた流路形成部材によって形成されている。
【０００６】
上記流路形成部材は、吐出口を形成しているオリフィスプレートと共通である場合もあれば、オリフィスプレートと別体である場合もある。前者の場合には、オリフィスプレート内に流路が作り込まれており、オリフィスプレートが流路形成部材である。後者の場合には、基板とオリフィスプレートとの間に、オリフィスプレートとは別の流路形成部材が配置される。
【特許文献１】特公平６−４５２４２号公報
【特許文献２】特許３１４３３０７号公報
【特許文献３】特開２００１−６３０４５号公報
【特許文献４】特開２００３−０３４０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の液体吐出ヘッドには次のような問題があった。すなわち、通常の使用環境下において、オリフィスプレートなどの流路形成部材は、吐出液体と常に接触している。そのためオリフィスプレートなどの流路形成部材が膨潤により体積変化し、吐出口及び流路が変形する場合があった。
【０００８】
上記吐出口及び流路の変形は、ヨレなどの原因となり正常な吐出を妨げる場合もあり得る。とりわけ、インクジェット記録ヘッドの分野では、記録画像の解像度を向上させるためなどの理由から、液滴の微小化が望まれる。このためオリフィスプレートなどの流路形成部材には、加工の容易な感光性樹脂などの樹脂材料が多用される。しかし、樹脂材料には、金属などの無機材料と比較して、膨潤が発生しやすい傾向がある。中でもエポキシ樹脂は、良好なパターン性能が得られるため、流路形成部材に用いられることが多いが、一方で、その分子中の酸素濃度に起因して、膨潤が発生しやすいものがある。また近年では、更なる解像度向上などの要求により、時には２pl程度にまで微小化された液滴を吐出することができるような液体吐出ヘッドが望まれるようになっている。かかる要求に対応すべく、液体吐出ヘッドの吐出口の口径はより小さくなり、対応する流路はより微細化される傾向にある。このように吐出口や流路が微細化されると、これらを形成しているオリフィスプレートなどの流路形成部材の体積変化による画像への影響がより大きな問題となる。
【０００９】
そこで従来は、上記の膨潤による体積変化を低減するために、流路形成部材に膨潤防止剤を添加したり、塗布したりするといった手法が用いられていた。しかし、膨潤防止剤を添加することによって膨潤による体積変化は抑制できるものの、膨潤防止剤には一般的に撥水成分が含まれている。従って、オリフィスプレートなどの流路形成部材の材料に膨潤防止剤を添加したり塗布したりすることが困難である場合も多く、材料の選択自由度が損なわれる場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、オリフィスプレートなどの流路形成部材に体積変化が生じても、吐出口や流路に変形が生ずることの少ない液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドでは、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エネルギー発生素子が複数設けられるとともに、前記液体が供給される液体供給口がもう設けられた基板上に、液体が吐出される複数の吐出口が設けられている。また、基板上には、前記液体供給口と前記吐出口とを連通させる複数の流路が設けられている。そして、前記流路を形成する流路形成部材は、樹脂によって形成され、一つの前記吐出口に連通する前記流路を形成している前記流路形成部材は、他の前記吐出口に連通する前記流路を形成している前記流路形成部材から独立している。
【００１２】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、上記構成を有する液体吐出ヘッドを製造するための方法であって、次の工程を有する。すなわち、基板上に、各エネルギー発生素子を被覆する独立した流路パターンを形成する工程と、複数の前記流路パターンを一括して被覆する樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層を部分的に除去し、該樹脂層を前記各流路パターンに応じて分割する工程とを有する。さらに、前記基板を貫通して一つの流路パターンに連通する少なくとも一つ開口部を形成する工程と、前記流路パターンを除去する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、オリフィスプレートなどの流路形成部材に体積変化が生じても、吐出口や流路に変形が生ずることの少ない液体吐出ヘッドが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、現時点における本発明の最良の実施形態の一つと、その比較例について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施例）
図１（ａ1）（ｂ1）に示すように、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エネルギー発生素子１が複数設けられた基板２を用意する。
【００１５】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、図１（ａ2）（ｂ2）に示すように、エネルギー発生素子１が設けられた基板２の表面に、エネルギー発生素子１ごとに独立した流路パターン３を形成する。尚、流路パターン３の材料は、後述する比較例と同一である。また、露光には、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光を用いた。
【００１６】
次に、図１（ａ3）（ｂ3）に示すように、基板２の表面全体に、常温において固体状の樹脂を塗布し、２以上の流路パターン３（本例では、全ての流路パターン３）を被覆する樹脂層４を形成する。
【００１７】
その後、図２（ａ1）（ｂ1）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、樹脂層４の、各エネルギー発生素子１と対向する位置に小孔５を形成すると同時に、樹脂層４を部分的に除去して基板２の表面を露出させる。露光には、ＵＶ光を用いた。具体的には、樹脂層４を流路パターン３に応じて分割し、一つのエネルギー発生素子１に対して、一つの小孔５と一つの流路パターン３とからなる組を独立して形成する。より具体的には、フォトリソグラフィ法におけるエネルギー線の照射範囲を制限し、樹脂層４のうち、小孔５が形成される領域、流路パターン３が形成されている領域、及びその他の一部領域を未硬化のままにする。その後、現像工程によって前未硬化部分が除去する。
【００１８】
次に、基板２をその裏面側からエッチングして、図２（ａ2）（ｂ2）及び（ａ3）（ｂ3）に示すように、基板２を貫通して流路パターン３に達する開口部６（液体供給口６ａ）を形成する。さらに、開口部６（液体供給口６ａ）を介して、流路パターン３を形成している溶解可能な樹脂を溶出させる。
【００１９】
以上の工程によって、一つの基板２上に、複数の複数の吐出口５ａと、各吐出口５ａに連通する複数の流路７と、各流路７に連通する複数の液体供給口６ａとが設けられた液体吐出ヘッドが完成する。さらに、本例の液体吐出ヘッドでは、吐出口５ａと、吐出口５ａに連通する流路７と、流路７に連通する液体供給口６ａが一対一で対応した組をなし、かつ、他の組から独立した構造となっている。
【００２０】
尚、液体供給口６ａは、必要な量の液体を供給するのに必要十分な大きさとしてあるが、基板２の材料などに応じて、液体供給口６ａの大きさを適宜変更することができる。また、所望のサイズに応じ、液体供給口６ａ（開口部６）の形成には、既知の加工技術、例えばエッチングやサンドブラスト、ドリルによる穿孔などを適宜選択して用いることができる。本例では強アルカリによる化学エッチング法を用いた。
【００２１】
以上のように、本例の液体吐出ヘッドでは、各流路７が独立したオリフィスプレート４ａ（流路形成部材）によって形成されている。換言すれば、流路７の上面と側面とが全く同一の材料によって形成されている。しかし、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。例えば、吐出口が形成されたオリフィスプレートと、流路を形成する流路形成部材とを別材料で形成し、それを組み合わせて一個の部材としてから基板上に設置するような構成であってもよい。また、流路と基板の間に適宜接着層が設けられていても構わない。さらに、吐出口となる小孔が事前に形成してあっても構わないし、基板上に流路形成部材が配置されてから小孔を形成しても構わない。また、エネルギー発生素子は、二つの液体供給口の間に設けてもよい。
【００２２】
樹脂層を部分的に除去して、該樹脂層を流路パターンに応じて分割するための手法には、ドライエッチング、切削、サンドブラストなど一般に知られている機械加工法を適宜用いることができる。また、その工程は、小孔を設ける工程と同時に行っても、別々に行ってもよい。
【００２３】
また、本例では、複数の吐出口５ａが一列に配置されて吐出口列を形成する構成が採用されている。このように、複数の吐出口が一列に配置されて吐出口列を形成する構成は、種々の液体を効率的かつ均一に噴射する上で好適であり、今日では広く採用されている構成である。かかる構成の液体吐出ヘッドは、吐出口の配列方向と直交する方向に走査することで効率的かつ均一な噴射が実現される。
【００２４】
しかし、吐出口が直線的に配置されていることが起因して、膨潤による基板に平行な方向における体積変化が、吐出口が配列されている直線上に集中して累積される。よって、吐出口が直線的に配置されていない構成に比べて、歪みによる悪影響がさらに大きなものとなる場合がある。
【００２５】
しかしながら本発明では、吐出口と、これに連通する流路との組が、他の組から独立している。従って、膨潤によって発生する基板に平行な方向の体積変化が累積されず、歪みが発生しない。本実施例の液体吐出ヘッドを例にとって、基板に平行な方向の体積変化が累積されない様子を図３に模式的に示す。図３より、各流路７を形成しているオリフィスプレート４ａに、図中の矢印方向の体積変化が発生しても、隣接するオリフィスプレート４ａ（吐出口５及び流路７）に影響しないことが理解できる。
【００２６】
また、一つの部材に複数の吐出口を形成し、かつ、同部材によって各吐出口に連通する複数の流路を形成する製法に比べて、本発明の製法が工程負荷や各吐出口間の位置精度の観点で劣るところはない。
【００２７】
さらに、流路形成部材に膨潤防止剤を添加する必要がなくなるので、液体に対する溶出といった不具合も起こらない。
【００２８】
事実、本実施例の液体吐出ヘッドに対して、後述する比較例と全く同様のインクを充填し、保存した後の観察を行ったが、吐出口や流路の変形、基板の反り、オリフィスプレートの剥離といった現象は見られなかった。
【００２９】
また、本実施例の液体吐出ヘッドを用いた液体噴射装置により各種液体の噴射を行ったところ、精度良く安定した噴射が長期間可能であった。
【００３０】
（比較例）
図４（ａ1）（ｂ1）に示すように、エネルギー発生素子１が設けられた基板２を用意する（第１工程）。次に、フォトリソグラフィ法を用いて、図４（ａ2）（ｂ2）に示すように、エネルギー発生素子１が設けられている基板２の表面に、溶解可能な樹脂で流路パターン３を形成する（第２工程）。その後、図４（ａ3）（ｂ3）に示すように、常温において固体状の樹脂を流路パターン３を含む基板表面の全体に塗布して樹脂層４を形成する（第３工程）。次に、フォトリソグラフィ法を用いて、図５（ａ1）（ｂ1）に示すように、樹脂層４に小孔５を形成する（第４工程）。その後、基板２をその裏面側からエッチングして、図５（ａ2）（ｂ2）及び（ａ3）（ｂ3）に示すように、流路パターン３に達する開口部６を形成する（第５工程）。さらに、開口部６を介して、流路パターン３を形成している溶解可能な樹脂を溶出させる（第６工程）。
【００３１】
以上の工程によって、一つの基板２上に、複数の複数の吐出口５ａと、各吐出口５ａに連通する複数の流路７とが設けられた液体吐出ヘッドが完成する。尚、上記第４工程において樹脂層４に形成された小孔５が、液体吐出ヘッドの吐出口（ノズル）５ａとなり、上記第５工程において基板２に設けられた開口部６が、液体供給口６ａとなることは自明である。また、上記樹脂層４がオリフィスプレート４ａとなることも自明であり、上記第６工程によって樹脂を溶出させた後に樹脂層４内に残った空間が液路７となる。即ち、この液体吐出ヘッドでは、液体供給口６ａから供給され、供給された液体は流路７に流入する。さらに、流路７内の液体は、エネルギー発生素子１が発するエネルギーによって、吐出口５ａから吐出される。
【００３２】
これまでの説明より明らかなように、この液体吐出ヘッドにおいては、吐出口５ａと流路７とがオリフィスプレート４ａに作り込まれている。換言すれば、複数の吐出口５ａと、各吐出口５ａに連通する複数の流路７とが一つの部材によって形成されている。
【００３３】
尚、基板２には、シリコン基板を用い、エネルギー発生素子１には、電気−熱変換素子（ヒーター）を用いた。また、流路パターン３を形成する溶解可能な樹脂には、光分解型ポジレジストを用いた。また、樹脂層４（オリフィスプレート４ａ）を形成する、常温において固体状の樹脂には、光カチオン重合可能なエポキシ樹脂組成物を用いた。
【００３４】
以上のようにして完成した液体吐出ヘッドに不図示の液体供給系を接続し、液体（キヤノン株式会社製インクＢＣＩ−８Ｂｋ）を充填し、６０℃の恒温槽内に６ヶ月間静置した。その後、吐出口５及び流路７を詳細に観察したところ、一部の吐出口５において微小な変形が確認された。確認された変形の様子を模式的に図６に示す。
【００３５】
図６に示すような変形が生じる理由は、オリフィスプレート４の膨潤にある。すなわち、基板２上に設けられた一つの部材（オリフィスプレート４）に、複数の吐出口５及び流路７が設けられているので、膨潤による体積変化が基板２に平行な面内において累積され、非常に大きな歪みを生む原因となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図であって、（ａ1）〜（ａ3）は平面図、（ｂ1）〜（ｂ3）は断面図である。
【図２】図１に示す製造工程に続く製造工程を示す図であって、（ａ1）〜（ａ3）は平面図、（ｂ1）〜（ｂ3）は断面図である。
【図３】本発明の液体吐出ヘッドにおいて、体積変化による変形が蓄積されない原理を模式的に示す断面図である。
【図４】比較例の製造工程を示す図であって、（ａ1）〜（ａ3）は平面図、（ｂ1）〜（ｂ3）は断面図である。
【図５】図４に示す製造工程に続く製造工程を示す図であって、（ａ1）〜（ａ3）は平面図、（ｂ1）〜（ｂ3）は断面図である。
【図６】比較例において、体積変化による変形が蓄積される原理を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  エネルギー発生素子
２  基板
３  流路パターン
４  樹脂層
４ａ  オリフィスプレート
５  小孔
５ａ  吐出口
６  開口部
６ａ  液体供給口
７  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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