(57)【要約】【課題】  粒状感の無い液滴の吐出、複数の独立した液滴を効率良く吐出する。【解決手段】  吐出エネルギー発生部一つに個別流路を作り複数の吐出口の大きさ、間隔、面積を設定し、同時に独立した液滴を吐出する構成とする。【選択図】  図１
2007296703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生部と、前記複数の吐出エネルギー発生部を搭載した基板と、これら個別の吐出エネルギー発生部にそれぞれ対応した個別の液体流路と、これら個別の吐出エネルギー発生部にそれぞれ対応した個別の吐出口と、これら吐出口に連通する前記個別の液体流路に液体を供給する共通液室とを具え、これら前記個別の液体流路から前記吐出口を介して液滴を吐出するようにした液滴噴霧ヘッドであって、前記吐出エネルギー発生部一つに対して、前記吐出口は複数個の吐出口とすることを特徴とする液滴噴霧ヘッド。
【請求項２】
前記複数個の吐出口の間隔は、前記吐出エネルギー発生部の大きさの１／２より大きいことを特徴とする請求項１に記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項３】
前記複数個の吐出口の中心点は、隣接吐出口の中心点からほぼ同じ距離に形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項４】
前記複数個の吐出口の各吐出口の中心点は、前記吐出エネルギー発生部の中心点からほぼ同じ距離にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項５】
前記複数個の吐出口の各吐出口の面積は、ほぼ同じ面積であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項６】
前記吐出エネルギー発生部一つに対する前記複数個の吐出口の各吐出口の面積の和は、前記吐出エネルギー発生部の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項７】
前記液体流路を囲む壁と前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、前記吐出エネルギー発生部を搭載している基板と同じ基板上に半導体プロセス工程の延長上で形成することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項８】
前記液体流路を囲む壁は、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項９】
前記液体流路を囲む壁は、感光性の樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項１０】
前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンであることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項１１】
前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、感光性の樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項１２】
感光性の樹脂は、前記吐出エネルギー発生部を搭載している基板上にスピンコートして薄膜を形成することを特徴とする請求項9又は、請求項11に記載の液滴噴霧ヘッド。
【請求項１３】
感光性の樹脂は、前記液体流路を囲む壁に、フィルム状の膜を貼り合わせて、前記吐出口及び流路を形成することを特徴とする請求項11に記載の液滴噴霧ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液等を口腔内、あるいは、患部に薬液滴を噴霧して治療等を行う液滴噴霧ヘッド、また、紙、プラスチックシート、布、物品等を包含する記録保持体に対して、例えば、インク等の機能性液体等を吐出させることにより、文字、記号、画像等の記録、印刷等を行うインクジェット記録ヘッドを構成するための基体、この基体を用いて構成されるインク液滴噴霧ヘッド、この液滴噴霧ヘッドに対して供給される液を貯留するための液貯留部を含む液滴噴霧ヘッドが装着される液滴噴霧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴噴霧ヘッドとしては、例えば、発熱体からの熱エネルギーを利用してインクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドを用いて、画像を記録するインクジェット記録ヘッドがある。
【０００３】
従来、このようなインクジェット記録ヘッドは、例えば、その一部を観ると図9のように、それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生部８と、これら吐出エネルギー発生部にそれぞれ対応する吐出口４と、これら吐出口４にそれぞれ連通する液体流路７と、液体流路に液体を供給する共通液室９とを具え、これら液体流路７から吐出口４を介して液滴を吐出するようにしたインクジェットヘッドであって、吐出エネルギー発生部１つに対して吐出口１つの構成であった。また、薬液滴噴霧の場合は、従来、発熱体を利用したものはなく、液滴を圧力により霧状のいわゆるスプレータイプの構成のものがあった。このようなインクジェット記録ヘッドにおいては、今後、ますます高画質、高速度等のさまざまな印字性能が求められ、これらのために、多ノズル化、小液滴化が必要となってきている。また、薬液的噴霧においては、液滴を一定量正確に吐出することと吐出液滴が小さなものが必要になってきている。
【０００４】
又、別の従来例としては、特許文献１をあげることが出来る。
【特許文献１】特開平02-000525号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の構成では、以下のような問題点が有った。
【０００６】
今までのインクジェット記録ヘッドでは、高画質化のために、液滴を小さくしてきたが、液滴の大きさがまだ大きく、記録支持体でのドットが目で見え、粒状感があった。この粒状感をなくすためには、インクの色の濃さの種類を増やして目に見えにくくしている。しかし、別のインクを使うことになるので大きさも大きくなり、コストも多くかかってしまうと言う問題点があった。更に、液滴を小さくすると、同じ時間で記録支持体に印字するためには、小さくした分たくさん液滴を吐出しなければならない。従って、液滴を小さくすると、それに応じて、吐出エネルギー発生部の面積も小さくしなければエネルギー効率が悪くなるが、小さくするとによる面積的な効率が更に悪くなると言う問題点があった。
【０００７】
一方で、今までの薬液滴噴霧ヘッドでは、液滴を圧力により霧状のいわゆるスプレータイプの構成であり、一定量の薬液滴を正確に吐出し、しかも１つの薬液滴が一定直径以下のものを吐出することが困難であると言う問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は、インクジェット記録ヘッドが、ますます、多ノズル化、高画質化、高速化が進むなか、コストを抑えた、粒状感のない画質を高速で印字できる事が可能な液滴噴霧ヘッド及び液滴噴霧ヘッド装置を提供する事にある。
【０００９】
更に、液滴の直径を一定値以下の薬液滴を一定量正確に吐出可能な液滴噴霧ヘッド及び液滴噴霧ヘッド装置を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生部と、前記複数の吐出エネルギー発生部を搭載した基板と、これら吐出エネルギー発生部にそれぞれ対応する吐出口と、これら吐出口にそれぞれ連通する液体流路と、前記液体流路に液体を供給する共通液室とを具え、これら前記液体流路から前記吐出口を介して液滴を吐出するようにした液滴噴霧ヘッドであって、前記吐出エネルギー発生部一つに対して、前記吐出口は、複数個の吐出口とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第二の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記複数個の吐出口の間隔は、前記吐出エネルギー発生部の大きさの１／２より大きいことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第三の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記複数個の吐出口の中心点は、隣接吐出口の中心点からほぼ同じ距離に形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第四の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記複数個の吐出口の各吐出口の中心点は、前記吐出エネルギー発生部の中心点からほぼ同じ距離にあることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第五の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記複数個の吐出口の各吐出口の面積は、ほぼ同じ面積であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第六の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記吐出エネルギー発生部一つに対する前記複数個の吐出口の各吐出口の面積の和は、前記吐出エネルギー発生部の面積よりも小さいことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第七の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記液体流路を囲む壁と前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、前記吐出エネルギー発生部を搭載している基板と同じ基板上に半導体プロセス工程の延長上で形成することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第八の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記液体流路を囲む壁は、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第九の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記液体流路を囲む壁は、感光性の樹脂であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第十の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンであることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第十一の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、感光性の樹脂であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第十二の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、第九の形態、又は第十一の形態による感光性の樹脂は、前記吐出エネルギー発生部を搭載している基板上にスピンコートして薄膜を形成することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第十三の形態による液滴噴霧ヘッドにおいて、第十一の形態による感光性の樹脂は、前記液体流路を囲む壁に、フィルム状の膜を貼り合わせて、前記吐出口及び流路を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、今後、ますます高画質、高速度等のさまざまな印字性能が求められる中で、本発明によれば、液滴を小さくし、記録支持体での画像に、粒状感をなくし、吐出エネルギー発生部のエネルギー効率を上げ、また、製造コストを下げ、高速度に印字することができる液滴噴霧ヘッドを作ることが可能になった。更に、一定量の薬液滴を一定時間正確に吐出し、液滴の直径も一定値以下に制御することができる薬液滴噴霧ヘッドの製造が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明のインクジェット記録ヘッドの一部で、液滴の飛出し側から見た平面図の一部である。8が吐出エネルギー発生部、４が吐出口で、点線5で囲まれた液体流路７と共通液室９を囲む流路壁３が形成され、吐出エネルギー発生部8が一つに対して、吐出口4が三つの例である。この例では、三つの吐出口の中心距離をほぼ等しく配置し、各吐出口の面積もほぼ同じに設定し、これら三つの吐出口の面積の和を、吐出エネルギー発生部の面積より小さくし、更に、各吐出口の間隔は、吐出エネルギー発生部の１／２より大きくすることにより、三つの吐出口からほぼ同じ吐出量、吐出速度の液滴が、独立して安定して吐出するようになる。この図１のＹ−Ｙ’方向に切断した断面図で、吐出口を含む上部流路壁６と流路壁3が共に窒化シリコン膜（SiN膜）の実施例が図3−（イ）で、Ｘ−Ｘ’方向に切断した断面図が、図３−（ロ）である。基板1の端面が２である。吐出する液体は、基板1の端面2の横を通り共通液室9を通り、液体流路を通り、吐出エネルギー発生部8が不図示の駆動部により発熱され膜沸騰し発泡すると、吐出口4から液滴が勢いよく吐出する。また、図４は、図３と同様に、Ｙ−Ｙ’方向、Ｘ−Ｘ’方向に切断した断面図で、窒化シリコン膜（SiN膜）の流路壁3の上に、吐出口を含む上部流路壁6が感光性樹脂膜の実施例である。また、図2は、吐出エネルギー発生部8一つに対して、吐出口4が四つの例である。図1と同様に、四つの隣接吐出口の中心距離をほぼ等しく配置し、各吐出口の面積もほぼ同じに設定し、これら四つの吐出口の面積の和を、吐出エネルギー発生部の面積より小さくし、更に、各吐出口の間隔は、吐出エネルギー発生部の１／２より大きくすることにより、四つの吐出口からほぼ同じ吐出量、吐出速度の液滴が、独立して安定して吐出するようになる。更に、吐出エネルギー発生部8一つに対して、吐出口4が五つ以上になっても、同様に、隣接吐出口の中心距離をほぼ等しく配置し、各吐出口の面積もほぼ同じに設定し、これらの吐出口の面積の和を、吐出エネルギー発生部の面積より小さくし、更に、各吐出口の間隔は、吐出エネルギー発生部の１／２より大きくすることにより、各吐出口からほぼ同じ吐出量、吐出速度の液滴が、独立して安定して吐出するようになる。
【００２７】
次に、吐出する様子を、図5に示す。図1のＹ−Ｙ’方向に切断した断面図で、一つの吐出エネルギー発生部の周りの部分を抜き出したものを図5で説明する。（イ）は、定常状態で、液体流路7に液体10が満たされていて、空気と液体の界面11は、安定している。ここで、吐出エネルギー発生部8に不図示の駆動回路により通電すると、発熱し温度が上がる。吐出エネルギー発生部8の上部のインクとの界面温度が、液体の膜沸騰温度になると液体は膜沸騰をし、発泡を始める。その後、発泡した圧力の勢いで（ロ）のように、発泡空間12が増大し、液体が動き、吐出口4の上方が盛り上がり、徐々に吐出していく。そして、（ハ）のように、発泡空間12が最大になってから、（ニ）のように消泡に向かう。吐出し始めた液体は、（ニ）のように液滴13が、ちぎれて飛び出す。この時、二つの吐出口の間隔は、吐出エネルギー発生部の１／２より大きくすることにより、液滴は、互いに接触せずに独立して飛び出す。そして、（ホ）のように、消泡時には、界面１1は、へこんでしまい、徐々に、界面１1は、元の位置の（イ）の界面１1に戻る。このように、一つの吐出エネルギー発生部の膜沸騰により上部の液体が、複数の吐出口にほぼ均等に圧力を与え、複数の液滴が、ほぼ同じ吐出量、吐出速度で、独立して安定して吐出する。
【００２８】
次に、図１、図3に示す液体流路壁３、吐出口4及び上部流路壁6の製法を、窒化シリコン膜の場合の実施例を、 Ｙ−Ｙ’方向に切断した断面図でみた図6と図１０の記載に従って説明する。
【００２９】
図6の(a)は、吐出エネルギー発生部８が搭載されている基板１の上部断面の一部を示している。この基板１の上に、アルミニウムをスパッターして、それをエッチングして、これから載せる窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）をエッチングするときに基板１にダメージを与えないようにするエッチングストップ層１4を図6 (b)のように形成する。それからその上に、プラズマＣＶＤ等で図6 (c )のようにＳｉＮ膜１5を高速成膜して液体流路壁３の材料とする。そして、その上にアルミニウムをスパッターして、それをエッチングして、液体流路用の空間を空けるためのエッチングマスク層16を図6（d）のように形成する。そして、ＳｉＮ膜１5をエッチングストップ層１4まで高速ドライエッチングして図6 (ｅ)のように形成する。そこで、さらに、アルミニウムをスパッターしてアルミニウム層17を図6（ｆ）のように形成する。そして、エッチングマスク層16とその上部のアルミニウム層17をマスクしてエッチングして除去し、あるいは、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）により除去し、図6（ｇ）のように処理する。ここで、さらに、 吐出口及び上部流路壁6の材料となるＳｉＮ膜18を高速成膜して図１０（ａ）のように形成する。そして、その上にアルミニウムをスパッターして吐出口４の形状をエッチングするためのＳｉＮ膜エッチングマスク層19を図１０（ｂ）のように形成する。ここで、吐出口４の所望の形状にマスク層を設定できる。この状態から、ＳｉＮ膜をアルミニウム層17まで高速ドライエッチングすると、図１０（ｃ）のように吐出口４が形成できる。最後に、エッチングストップ層14、アルミニウム層17とＳｉＮ膜エッチングマスク層19のアルミニウムを除去して図１０(ｄ)のように、液体流路壁３を形成する。このように、半導体プロセス工程の延長線上で、液体流路と吐出口を含む上部液体流路壁が形成できる。
【００３０】
次に、他の実施例として、図6と同様に液体流路壁３、吐出口4を含む上部流路壁6の製法を、感光性樹脂の場合の実施例を、図1の Ｙ−Ｙ’方向に切断した断面図でみた場合の図7に従って説明する。
【００３１】
図7の(a)は、吐出エネルギー発生部８が搭載されている基板１の上部断面の一部を示している。この基板１の上に、液状のネガレジストタイプの第一の感光性樹脂をスピンコートして、図7の(b)の23のように形成する。この状態で、フォトマスクをかけて(c )の第一の感光性樹脂膜の露光部分21を残すように露光する。これを、現像処理して未露光部分の22を取去りベークすれば、（d）のように液体流路壁３を形成できる。更に、その上に、フィルム状のネガレジストタイプの第二の感光性樹脂膜を貼付け、(ｅ)の23のように形成する。この状態で、フォトマスクをかけて（f）の第二の感光性樹脂膜の露光部分24を残すように露光する。これを、現像処理して未露光部分の25を取去りベークすれば、（ｇ）のように吐出口４を含む上部流路壁6を形成できる。
【００３２】
更に、前記二つの製法の混合として、液体流路壁3は、ＳｉＮ膜で製造し、吐出口を含む上部流路壁6は、感光性樹脂で製造する場合の実施例を、同様に、図8で説明する。
【００３３】
図8の（a）から(e)までは、図6の（a）から(e)までと同じに製造し、(e)の状態から、エッチングストップ層14、アルミニウム層17のアルミニウムを除去して(ｆ)のように、液体流路壁３を形成する。
【００３４】
そして、今度は、図7の（e）から(g)までの製造方法を採用すればよい。すなわち、図8の(ｆ)までで、液体流路壁3を作り、その上に、フィルム状のネガレジストタイプの第二の感光性樹脂膜を貼付け、(g)の23のように形成する。この状態で、フォトマスクをかけて（h）の第二の感光性樹脂膜の露光部分24を残すように露光する。これを、現像処理して未露光部分の25を取去りベークすれば、（i）のように吐出口４を含む上部流路壁6を形成できる。この製造方法で製造したのが、図4で、図1のＹ−Ｙ’方向に切断した断面図が、図4の（イ）で、図1のＸ−Ｘ’方向に切断した断面図が、図4の（ロ）である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態によるヘッドの液体流路部分における平面図である。
【図２】本発明の他の実施形態によるヘッドの液体流路部分における平面図である。
【図３】本発明の実施形態による図１のＹ−Ｙ’及び、図1のＸ−Ｘ’で切断した断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態による図１のＹ−Ｙ’及び、図1のＸ−Ｘ’で切断した時の断面図である。
【図５】本発明の実施形態による吐出の様子を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態における製造方法を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態における製造方法を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態における製造方法を示す図である。
【図９】従来の実施形態による平面図である。
【図１０】本発明の実施形態における製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  基板
２  基板端面
３  液体流路壁
４  吐出口
５  液体流路壁端
６  吐出口を含む上部流路壁
７  液体流路
８  吐出エネルギー発生部
９  共通液室
１０  液体
１１  空気と液体の界面
１２  発泡空間
１３  液滴
１４  ＳｉＮ膜エッチング用ストップ層
１５  ＳｉＮ膜
１６  ＳｉＮ膜エッチング用マスク層
１７  アルミニウム層
１８  ＳｉＮ膜
１９  ＳｉＮ膜エッチング用マスク層
２０  第一の感光性樹脂膜
２１  第一の感光性樹脂膜の露光部分
２２  第一の感光性樹脂膜の未露光部分
２３  第二の感光性樹脂膜
２４  第二の感光性樹脂膜の露光部分
２５  第二の感光性樹脂膜の未露光部分
【図１】
2007296703.tif 000003
【図２】
2007296703.tif 000004
【図３】
2007296703.tif 000005
【図４】
2007296703.tif 000006
【図５】
2007296703.tif 000007
【図６】
2007296703.tif 000008
【図７】
2007296703.tif 000009
【図８】
2007296703.tif 000010
【図９】
2007296703.tif 000011
【図１０】
2007296703.tif 000012