JP6207216B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに関する

液体吐出ヘッドはインクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられ、吐出口形成部材と基板とを有する。吐出口形成部材は基板上（基板の表面側）に樹脂等で形成されており、吐出口面に吐出口が開口している。吐出口形成部材の内部には、吐出口と連通する液体流路が形成されている。基板はシリコン等で形成されており、基板には、基板を貫通する液体供給口が形成されている。液体供給口からは液体流路に液体が供給され、供給された液体は、基板が有する吐出エネルギー発生素子によってエネルギーを与えられて吐出口から吐出され、記録媒体に着弾する。

液体吐出ヘッドが液体を吐出していると、吐出口面の吐出口近傍に液体が付着し、付着した液体が吐出に影響を与えることがある。この為、吐出口面をワイピングブレードでワイピングすることが知られているが、ワイピングブレードによって吐出口の形状が変形してしまうという課題がある。

これに対し、特許文献１には、吐出口形成部材の吐出口面に窪みを形成する方法が記載されている。この窪みは１つの吐出口に対応して１つ形成されており、窪みの中に吐出口が開口している。この方法によって製造された液体吐出ヘッドでは、１つの窪みの中に１つの吐出口が開口しており、ワイピングブレードから吐出口を保護することができる。

また、特許文献２には、吐出口形成部材の吐出口面の撥水状態を維持する為に、開口を有するプレートで吐出口形成部材の吐出口面を覆うことが記載されている。吐出口はプレートの開口内に開口しており、この方法によって製造された液体吐出ヘッドも、ワイピングブレードから吐出口を保護することができる。

特表２００７−５１４２０１号公報 特開２００６−２５６０２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法で製造した液体吐出ヘッドは、１つの吐出口に対してそれを囲むように１つの窪みが形成されている為、窪みの中にワイピングブレードが入りこみにくい。よって、吐出口面をワイピングすることはできるが、吐出口の開口した部分及びその近傍をワイピングすることは困難であり、吐出口の開口した部分近辺に液体が残り、吐出に影響を与えることがある。

特許文献２に記載の方法で製造した液体吐出ヘッドは、吐出口形成部材の吐出口面に対して別部材であるプレートを貼り合わせる為、吐出口面とプレートとの間に段差や隙間が少なからず生じる。この為、ワイピングブレードによる液体の拭き残しが発生する場合がある。また、プレートを貼り合わせる際に、吐出口面を吸着したりハンドリングしたりする必要があり、この過程で吐出口面が傷つく場合がある。さらに、プレートは吐出口形成部材とは別部材なので、その分部品点数が増えてコストが増加するといったこともある。

以上の課題を鑑み、本発明は、吐出口面をワイピングブレード等でワイピングしても、吐出口の開口した部分及びその近傍を保護しながらも良好にワイピングすることができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、複数の吐出口を形成する吐出口形成部材を有する液体吐出ヘッドであって、前記複数の吐出口は前記吐出口形成部材の吐出口面に配列方向に沿って配列して開口しており、前記吐出口面には前記複数の吐出口の配列方向に沿って延在し前記吐出口形成部材の短手方向における断面形状が円弧形状の溝が形成されており、前記溝には前記配列方向に沿って配列した複数の吐出口が開口しており、前記吐出口形成部材の長手方向において隣接する吐出口は、前記吐出口形成部材の短手方向において前記溝の中心に対して互いに反対側の位置に開口していることを特徴とする液体吐出ヘッドである。

本発明によれば、吐出口面をワイピングブレード等でワイピングしても、吐出口の開口した部分及びその近傍を保護しながらも良好にワイピングすることができる液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１（ａ）は、本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´で示す部分での液体吐出ヘッドの断面図である。

液体吐出ヘッドは、シリコン等で形成された基板１を有する。図１における基板１の上面を表面とすると、基板１の表面側には、吐出口形成部材６が形成されている。また、基板１と吐出口形成部材６との間には、中間層４が形成されている。吐出口形成部材６はエポキシ樹脂等で形成されている。中間層４はポリエーテルアミド等で形成されている。

吐出口形成部材６には、複数の吐出口１０が形成されている。複数の吐出口１０は、吐出口形成部材の吐出口面に開口している。また、複数の吐出口１０は、配列方向に沿って配列して開口している。配列方向とは、吐出口が配列して並んでいる方向のことであり、図１（ａ）に示すＢ−Ｂ´の方向である。吐出口の配列方向は、図１（ａ）では基板の長手方向と一致している。

吐出口形成部材６の吐出口面には、複数の吐出口の配列方向に沿って延在する溝９が形成されている。溝９には、配列方向に沿って配列した複数の吐出口が開口している。溝９は、１本の吐出口列に対して１本形成されていることが好ましい。図１（ａ）では、各吐出口列に沿うように１本ずつ、合計２本の溝が形成されている。

図１（ｂ）に示すように、溝９の底には吐出口１０が開口している。図１（ｂ）では、吐出口形成部材の短手方向に関して、溝９と吐出口１０の開口部分の中心とが一致している。このような配置の場合、吐出が制御しやすく好ましい。また、吐出口形成部材の短手方向に関して、溝９と吐出口１０の開口部分の中心とは一致させないこともできる。例えば、図１（ｂ）に示すような左右対称の溝９に対し、吐出口１０の開口部分を左右のいずれかの方向にずらして配置する。このような配置の場合、溝９の底に溜まることがある液体の影響を受けにくくすることができる。また、溝内の吐出口の開口部分をずらし、吐出口の開口部分が溝の中心に対して一方にずれている場合、その溝におけるワイピングは吐出口が開口している側、即ち一方の方向から行うことが好ましい。より具体的には、ある吐出口１０の開口部分を図１（ｂ）の溝の左側にずらした場合、図１（ｂ）の左側からワイピングを行う。そのようにすることで、吐出口の開口部分をワイピングした後で溝の底がワイピングされることになるので、溝の底に溜まった液体が吐出口付近に集まることを抑制できる。また、吐出口の開口部分のずらし方を、吐出口形成部材の長手方向に関して隣接する吐出口でずらすこともできる。即ち、ある吐出口１０の開口部分を図１（ｂ）の溝の左側にずらした場合、隣接する吐出口の開口部分は右側にずらす。このような配置であれば、吐出方向の偏りを液体吐出ヘッド全体として制御することができる。

図１（ａ）及び（ｂ）に示す液体吐出ヘッドの吐出口面を、ワイピングブレードでワイピングした状態を、図１（ｃ）に示す。ワイピングブレード１７は、例えば液体吐出装置に装着されており、吐出口面に付着した液体１８をワイピングする。ワイピングブレードは、ゴム等で形成されている。

溝９には、複数の吐出口が開口している。そして、溝９が複数の吐出口の配列方向に沿って延在している。このような形状である為、ワイピングブレード１７が溝９の中に入り込み、吐出口の開口した部分及びその近傍をワイピングすることができる。その一方で、吐出口は溝９の中に開口している為、ワイピングブレード等によって吐出口の形状が変形してしまうことを十分に抑制できる。

ワイピングブレード１７は、吐出口形成部材の短手方向に沿って吐出口形成部材をワイピングすることが好ましい。また、ワイピングブレードの吐出口面をワイピングする部分は、Ｒ形状であることが好ましい。特に、ワイピングブレードの角部がＲ形状であり、この角部を吐出口面に当接させながら、ワイピングブレードを吐出口形成部材の短手方向に沿って移動させる方法が好ましい。

溝９は、吐出口形成部材６の長手方向の端部まで延在していることが好ましい。溝９が吐出口形成部材の長手方向の端部まで延在していることで、ワイピングブレードが溝９内に良好に入りこみ、吐出口の開口した部分及びその近傍を十分にワイピングすることができる。特に、ワイピングブレードの長手方向の長さが、吐出口形成部材の長手方向以上の長さとなったときに、その効果は顕著である。さらに、溝９は吐出口形成部材６の長手方向の両端部まで延在していることがより好ましい。長手方向の両端部まで延在していることで、ワイピング効果がより向上する。

図１（ｄ）は、図１（ｃ）における吐出口面にワイピングブレードが接触した部分を拡大したものである。図１（ｃ）においては、ワイピングブレードの角部はＲ形状で、曲率半径は５０μｍである。また、吐出口形成部材の短手方向に関する溝９の幅は５０μｍであり、基板の表面に対して垂直方向の溝９の深さは３μｍである。

吐出口形成部材の短手方向に関して、溝９の幅は吐出口１０の開口部分の幅よりも長いことが好ましい。より好ましくは２倍以上であり、吐出口の開口部分の幅が１０μｍの場合、溝の幅を２０μｍ以上とする。さらに好ましくは３倍以上である。

一方で、吐出口形成部材の短手方向における溝９の幅が長くなりすぎると、例えばワイピングブレードの強い接触や吐出口面への吸着等に対し、吐出口の開口部分を十分に保護することができない場合がある。この為、吐出口形成部材の短手方向における溝９の幅は、１０００μｍ以下とすることが好ましい。

基板の表面に対して垂直方向の溝９の深さは１μｍ以上であることが好ましい。１μｍ以上であることで、吐出口の開口部分を良好に保護することができる。より好ましくは２μｍ以上、さらに好ましくは３μｍ以上である。一方で、溝９の幅にもよるが、基板の表面に対して垂直方向の溝９の深さが深すぎると、ワイピングブレードが吐出口の開口部分をワイピングしにくくなる。この為、基板の表面に対して垂直方向の溝９の深さは、１００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下である。

次に、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、シリコン等で形成された基板１を用意する。基板１の表面側には、エネルギー発生素子２が形成されている。エネルギー発生素子２としては、熱エネルギー発生素子や圧電素子が挙げられる。エネルギー発生素子２は、基板１に接触していても、基板１に対して一部中空状に形成されていてもよい。エネルギー発生素子２は、保護膜３で覆われている。保護膜３としては、例えばＳｉＮやＳｉＯ_２等の絶縁膜や、Ｔａ等の耐キャビテーション膜が挙げられる。

次に、図２（ｂ）に示すように、中間層４を形成する。中間層４としてはポリエーテルアミド等が挙げられる。中間層４は必須ではないが、基板１や保護膜３と流路形成部材等との密着性を考えると、形成しておくことが好ましい。

次に、図２（ｃ）に示すように、基板の表面側に、液体流路の型材５と、型材５を覆う吐出口形成部材６を形成する。型材５は感光性樹脂、特にはポジ型感光性樹脂で形成することが好ましい。吐出口形成部材６は感光性樹脂、特にはネガ型感光性樹脂で形成することが好ましい。

吐出口形成部材６の製造方法は、これに限られることはない。例えば、型材５を形成せずに、感光性樹脂層を複数層重ねてパターニングし、そのうちいずれかの層を吐出口形成部材としてもよい。また、液体流路の壁を先に形成しておき、その上に吐出口形成部材を形成してもよい。

次に、図２（ｄ）に示すように、吐出口形成部材の表面である吐出口面に、必要に応じて撥水材７を塗工する。撥水材７としては、フッ素系の樹脂を用いることが好ましい。撥水材７は、フィルム状態として吐出口形成部材の吐出口面に積層させてもよいし、液体に近い状態として吐出口形成部材の吐出口面から吐出口形成部材に浸透させてもよい。

次に、図２（ｅ）及び（ｆ）に示すように、吐出口形成部材の吐出口面に溝９を形成する。ここでは、吐出口形成部材６としてネガ型感光性樹脂を用いた例で、溝９の形成方法を説明する。まず、図２（ｅ）に示すように、マスク８を用いて吐出口形成部材６を露光する。マスク８は、溝９を形成したい部分を遮光するようなパターンとする。露光は５００Ｊ／ｃｍ^２以上１０００Ｊ／ｃｍ^２以下で行うことが好ましい。続いて、露光した吐出口形成部材を加熱する。加熱の条件は１００℃で４分程度とする。加熱によって溝を形成したい部分の溶媒が揮発し、溝９が形成される。溝９の幅や長さ、深さ等は、この露光及び加熱の条件によって制御することができる。

溝９の形成方法としては、これに限られず、例えば吐出口形成部材に型を押し付ける方法でもよい。この場合は、型の形状や押し付け方によって溝９の形状を制御する。

次に、図３（ａ）に示すように、吐出口形成部材６に吐出口１０を複数形成する。ここでは、吐出口形成部材６としてネガ型感光性樹脂を用いているので、吐出口を形成したい部分を遮光するようなパターンを有するマスク１１を用い、露光を行う。露光は２０００Ｊ／ｃｍ^２以上８０００Ｊ／ｃｍ^２以下で行うことが好ましい。露光後、現像液を用いて非露光部分を現像し、溝に開口する吐出口１０を形成する。吐出口１０は、例えばドライエッチング等によって形成することもできる。吐出口１０は、溝の中に、配列方向に沿って配列するように形成する。吐出口の開口部分の位置は、この時に決定すればよい。

その後、必要に応じて図３（ｂ）に示すように吐出口形成部材６を保護部材１２で覆い、図３（ｃ）に示すように基板１の裏面側にＳｉＯ_２等からなるマスク層１３を形成する。続いて図３（ｄ）に示すように、ウェットエッチングやドライエッチング等によって液体供給口１４を形成する。液体供給口１４は基板１の表面側まで到達させる。続いて図３（ｅ）に示すように保護膜３の一部をドライエッチング等によって除去し、空間部分１５を形成する。そして保護部材１２及び型材５を除去液等で除去し、２００℃で６０分程度加熱することで、図３（ｆ）に示すような液体吐出ヘッドが製造される。

以上のようにして、本発明の液体吐出ヘッドが製造される。このような製造方法で製造された液体吐出ヘッドは、吐出口面に吐出口の配列方向に沿って延在する溝が形成されており、溝には吐出口が開口した構成となる。

Claims (9)

1. 複数の吐出口を形成する吐出口形成部材を有する液体吐出ヘッドであって、前記複数の吐出口は前記吐出口形成部材の吐出口面に配列方向に沿って配列して開口しており、前記吐出口面には前記複数の吐出口の配列方向に沿って延在し前記吐出口形成部材の短手方向における断面形状が円弧形状の溝が形成されており、前記溝には前記配列方向に沿って配列した複数の吐出口が開口しており、前記吐出口形成部材の長手方向において隣接する吐出口は、前記吐出口形成部材の短手方向において前記溝の中心に対して互いに反対側の位置に開口していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記溝は前記吐出口形成部材の長手方向における端部まで延在している請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記溝は前記吐出口形成部材の長手方向における両端部まで延在している請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記吐出口形成部材の短手方向に関して、前記溝の幅が前記吐出口の開口部分の幅の２倍以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記吐出口形成部材の短手方向に関して、前記溝の幅が１００μｍ以下である請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記吐出口形成部材は基板の表面側に形成されており、前記基板の表面に対して垂直方向の前記溝の深さが１μｍ以上である請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記吐出口形成部材は基板の表面側に形成されており、前記基板の表面に対して垂直方向の前記溝の深さが１００μｍ以下である請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、ワイピングブレードを有する液体吐出装置であって、前記ワイピングブレードによって前記吐出口形成部材の前記溝を含む吐出口面をワイピングすることを特徴とする液体吐出装置。
9. 前記ワイピングブレードの前記吐出口面をワイピングする部分がＲ形状である請求項８に記載の液体吐出装置。

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