JP2018039178A - Liquid discharge head and method of manufacturing liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の吐出口、エネルギ発生素子および液体供給口を高精度にアライメントしながらも、均一な吐出量で液体を吐出することが可能な液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】流路形成層2に流路7と吐出口6を形成する工程において、液体供給口5の配列密度が高い第1の領域の方が当該配列密度が低い第2の領域よりも吐出口6の開口面積が大きくなるように吐出口6を形成する。
【選択図】図4A liquid discharge head capable of discharging liquid with a uniform discharge amount while accurately aligning a plurality of discharge ports, energy generating elements, and liquid supply ports, and a method for manufacturing the same.
In a step of forming a flow path and a discharge port in a flow path forming layer, a first region having a higher arrangement density of liquid supply ports is more than a second region having a lower arrangement density. The discharge port 6 is formed so that the opening area of the discharge port 6 becomes large.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head and a method for manufacturing the liquid discharge head.
インクジェット記録装置のような液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドは、主に基板上に流路形成層が積層されて構成される。流路形成層には、複数の吐出口と個々の吐出口まで液体を導くための流路が吐出密度に応じたピッチで形成されている。一方、基板には、液体を吐出するためのエネルギを発生するエネルギ発生素子と、エネルギ発生素子が配された面に、基板の背面より液体を供給するための液体供給口が形成されている。基板の背面より供給口を介して供給された液体は、基板と流路形成部材の間に形成された流路を通ってエネルギ発生素子まで導かれ、大気に連通する吐出口の近傍でメニスカスを形成する。そして、吐出信号に従ってエネルギ発生素子が駆動されると、ここで生成されたエネルギによって、液体が滴として吐出口より吐出される。 A liquid discharge head used in a liquid discharge apparatus such as an ink jet recording apparatus is mainly configured by laminating a flow path forming layer on a substrate. In the flow path forming layer, a plurality of discharge ports and flow paths for guiding the liquid to the individual discharge ports are formed at a pitch corresponding to the discharge density. On the other hand, an energy generating element that generates energy for discharging liquid and a liquid supply port for supplying liquid from the back surface of the substrate are formed on the surface on which the energy generating element is disposed. The liquid supplied from the back surface of the substrate through the supply port is guided to the energy generating element through the flow path formed between the substrate and the flow path forming member, and the meniscus is formed in the vicinity of the discharge port communicating with the atmosphere. Form. When the energy generating element is driven according to the ejection signal, the liquid is ejected from the ejection port as droplets by the energy generated here.
このような液体吐出ヘッドにおいて、基板を貫通する穴である液体供給口については、基板と流路形成層を貼り合わせてから形成する方法と、両者を貼り合わせる前に形成する方法がある。特許文献1には、予め液体供給口が形成された基板上にドライフィルムレジストを塗布して、当該ドライフィルムレジストを介して流路形成層を積層する方法が開示されている。特許文献1の方法を採用すれば、吐出口とエネルギ発生素子と液体供給口とが高密度に配列するような構成においても、これらを互いに対応づけながら高精度にレイアウトすることができる。
In such a liquid discharge head, there are a method of forming a liquid supply port, which is a hole penetrating the substrate, after the substrate and the flow path forming layer are bonded together, and a method of forming the liquid supply port before bonding them together.
しかしながら、特許文献1の方法を採用すると、予め液体供給口が形成された基板上にドライフィルムレジストを塗布する工程において、ドライフィルムレジストはある程度液体供給口へ沈み込む。そして、その沈み込み量は液体供給口の大きさや配列密度に依存する。一方、ドライフィルムレジストが存在する領域は、最終的に個々の吐出口まで液体を導く流路となるため、ドライフィルムレジストが沈み込む量によって、流路の高さや体積、エネルギ発生素子から吐出口までの距離、ひいては吐出量が変化する。即ち、等しい大きさの吐出口や同型のエネルギ発生素子を配列したとしても、個々の吐出口の吐出量は基板に形成されている液体供給口の大きさや配列密度に応じてばらついてしまう。
However, when the method of
本発明は上記問題点を解決するためになされたものである。よってその目的とするところは、個々の吐出口、エネルギ発生素子および液体供給口を高精度にアライメントしながらも、均一な吐出量で液体を吐出することが可能な液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems. Therefore, the object is to provide a liquid discharge head capable of discharging liquid with a uniform discharge amount while accurately aligning individual discharge ports, energy generating elements and liquid supply ports, and a method for manufacturing the same. Is to provide.
本発明は、液体を吐出するためのエネルギを発生するエネルギ発生素子と、前記エネルギ発生素子に液体を供給するための液体供給口が複数配列された基板を用意する工程と、前記基板の前記エネルギ発生素子が配列する面に流路形成層を積層する積層工程と、前記流路形成層に、前記液体供給口から供給された液体を前記エネルギ発生素子まで導くための流路と、前記エネルギ発生素子で生成されたエネルギによって液体を吐出するための吐出口とを、形成する形成工程と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記流路形成層を前記吐出口が開口する側からみたときに、前記流路形成層には、第1の領域と、前記第1の領域よりも前記流路形成層の下の前記液体供給口の配列密度が小さい第2の領域とがあり、前記形成工程では、前記第1の領域の方が前記第2の領域よりも前記吐出口の開口面積が大きくなるように、前記流路形成層に前記吐出口を形成することを特徴とする。 The present invention provides a step of preparing an energy generating element that generates energy for discharging liquid, a substrate on which a plurality of liquid supply ports for supplying liquid to the energy generating element are arranged, and the energy of the substrate. A lamination step of laminating a flow path forming layer on a surface where the generating elements are arranged, a flow path for guiding the liquid supplied from the liquid supply port to the energy generating element, and the energy generation Forming a discharge port for discharging a liquid by energy generated by an element, wherein the flow path forming layer is opened from a side where the discharge port is opened. When viewed, the flow path forming layer has a first area and a second area in which the arrangement density of the liquid supply ports below the flow path forming layer is smaller than the first area, In the formation process Wherein the opening area of the discharge port than it is the second region of the first region is increased, and forming the discharge port to the flow path forming layer.
本発明によれば、吐出口、エネルギ発生素子および液体供給口を高精度にアライメントしながらも、均一な吐出量で液体を吐出することが可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head capable of discharging liquid with a uniform discharge amount while aligning the discharge port, the energy generating element, and the liquid supply port with high accuracy.
図1は、本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す斜視図である。液体吐出ヘッド100は、基板1の+Z方向の面に、流路形成層であるオリフィスプレート2を有する。基板1は、その+Z方向の表面が結晶方位(100)であるようなシリコン(100)で形成されていることが好ましい。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the liquid discharge head of the present invention. The
基板1には、エネルギ発生素子3および液体供給口5がそれぞれ所定のピッチで形成されている。エネルギ発生素子3としては発熱抵抗体や圧電素子が利用可能であり、これらは基板1の+Z方向の面に配列されている。なお、個々のエネルギ発生素子3は、基板1の+Z方向の面と接するように形成されていてもよいし、一部中空を含む状態で形成されていてもよい。液体供給口5のそれぞれは、基板1を±Z方向に貫通しており、−Z方向側から受容した液体を+Z方向に配されたエネルギ発生素子3に供給する。図では、エネルギ発生素子3と液体供給口5が1対1で対応づけられている例を示しているが、これらは、1対複数、複数対1、複数対複数で対応づけられていてもよい。
The
基板1の+Z方向の面に積層されるオリフィスプレート2は、樹脂で形成されている。オリフィスプレート2においては、個々の液体供給口5から対応するエネルギ発生素子まで液体を導く流路7と、これらエネルギ発生素子3のそれぞれに対応しZ方向に貫通する吐出口6が形成されている。吐出口は、オリフィスプレートに開口している。オリフィスプレートの吐出口が開口する側とは、液体が吐出されていく側である。基板1の+Z方向表面の端部には、個々のエネルギ発生素子3を駆動するための電極4が配備されている。
The
以上の構成のもと、基板1の−Z方向側から液体供給口5を介して供給された液体は、流路7を経て吐出口の近傍まで導かれ、−Z方向に凸のメニスカスを形成する。そして、電極を介した電気エネルギが吐出信号に従って個々のエネルギ発生素子3に供給されると、エネルギ発生素子3と吐出口6の間に存在する液体が、吐出口6から+Z方向に吐出される。
With the above configuration, the liquid supplied from the −Z direction side of the
図2(a)〜(h)は、液体吐出ヘッド100の製造工程を説明するための図である。いずれの図も、図1のII−IIの切断位置における断面図を示している。
2A to 2H are views for explaining a manufacturing process of the
まず、図2(a)のように、Z方向に貫通する複数の液体供給口5と、+Z方向の表面に複数のエネルギ発生素子が形成された基板1を用意する。液体供給口5は、シリコン(100)の基板1に対し、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を用いたウェットエッチングによって形成することもできるし、ボッシュプロセスを用いたドライエッチングによって形成することもできる。いずれの方法を採用しても、Z方向に貫通する穴をシリコン(100)基板1に高密度に形成することができる。
First, as shown in FIG. 2A, a plurality of
一方、本例のエネルギ発生素子3はその素材を発熱抵抗体とし、その表面がSiNやSiO2等の保護膜で被覆されているものとする。そして、この発熱抵抗体に所定の電圧パルスを印加することにより、発熱抵抗体に接する液体に膜沸騰が生じ、生成された泡の成長に伴って吐出口6から液体が押し出され、当該泡が大気に連通することにより液体が吐出する。この際、液体の吐出量Vdは、発熱抵抗体で発生した気泡が大気に連通するまでに成長した大きさによって決まる。
On the other hand, it is assumed that the energy generating
次に、図2(b)に示すように、支持体9によって支持されたドライフィルム10を用意する。ドライフィルム10は、有機溶媒に溶解しやすい感光性樹脂をフィルム状にしたものであり、その軟化点は40℃以上120℃以下であることが好ましい。このような樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が好適に用いられる。エポキシ樹脂としてはビスフェノールA型やクレゾールノボラック型や脂環式のエポキシ樹脂、アクリル樹脂としてはポリメチルメタクリレート、ウレタン樹脂としてはポリウレタン等が挙げられる。これら樹脂を溶解する溶媒としては、PGMEA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、キシレン等が挙げられる。樹脂を溶媒に溶解させた樹脂組成物の粘度は5cP以上150cP以下であることが好ましく、この樹脂組成物を支持体9上にスピンコートやスリットコート法で塗布し、これを50℃以上で乾燥する。これにより、図2(b)に示すような支持体9に支持された状態のドライフィルム10を形成することができる。なお、支持体9上のドライフィルム10の乾燥後の厚みは、5μm以上30μm以下とすることが好ましい。
Next, as shown in FIG.2 (b), the
支持体9としては、フィルム、ガラス、シリコン等を用いることができるが、後にドライフィルム10を剥離することを考慮すると、フィルムであることが好ましい。フィルムとしてはPET(ポリエチレンテレフタラート)フィルムやポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリアラミドフィルム等が挙げられる。なお、支持体9をドライフィルム10から剥離しやすくするために、支持体9の表面に離型処理を施してもよい。
As the
続いて、図2(b)に示す状態のドライフィルム10を、図2(a)に示す基板1に対し、+Z方向側から当接し支持体9のみを剥離する。これにより、図2(c)に見るように、ドライフィルム10が基板1の+Z方向表面に転写される。この際、ドライフィルム10をその軟化点よりも高い温度に加熱しつつ、−Z方向に圧力をかけながら転写することにより、ドライフィルム10と基板1の密着性を強化することができる。なお、このような転写工程は、気泡の排出性を考慮して、真空環境下でロール方式を採用しながら行われることが好ましい。
Subsequently, the
上記転写工程により、液体供給口5は、転写されたドライフィルム10によって塞がれた状態となるが、この際、ドライフィルム10の一部は、転写時の加圧などによって、図2(c)に示すように、液体供給口5の内部へと侵入する。このため、基板1の表面からのZ方向の高さd´は、液体供給口5が存在しない左右端領域の高さdよりも小さくなる。
The
次に、図2(d)のように、マスク11を介在した状態で、基板1の+Z方向の面を露光する。これにより、感光性樹脂からなるドライフィルム10の露光領域12はその溶解性が低下し、非露光領域13は元の樹脂の状態が維持される。ここでは、非露光領域13が、後に流路となる領域である。なお、ここでは、ネガ型のドライフィルム10を用いているため、残存したい領域を露光領域12としているが、ポジ型のドライフィルムを用いる場合には、残存したい領域が非露光領域となるようなマスクを用意すればよい。
Next, as shown in FIG. 2D, the surface in the + Z direction of the
次に、図2(e)に示すように、ドライフィルム10の+Z方向表面に、ドライフィルム10とは異なる新たな樹脂層15を形成する。樹脂層15は、例えば、ドライフィルム10と同様に、スピンコート法やスリットコート法を用いて支持体9に樹脂層を塗布し、これをラミネート法やプレス法によってドライフィルム10の表面に転写し、更に乾燥させることで形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 2E, a
次に、図2(f)のように、新たなマスク14を介在した状態で、基板1の+Z方向の面(樹脂層15の面)を露光する。これにより、樹脂層15の露光領域16は溶解性が低下し、非露光領域17は元の樹脂の状態が維持される。非露光領域17が、後に吐出口となる領域である。本実施形態では、この工程で使用するマスク14のパターンに特徴を持たせるが、その詳細については後に説明する。なお、本工程においても、ポジ型の樹脂層を用いる場合には、残存したい領域が非露光領域となるようなマスクを用意すれば対応可能である。
Next, as shown in FIG. 2F, the surface in the + Z direction (surface of the resin layer 15) of the
上記露光工程が終了した後、ドライフィルム10および樹脂層15が積層された基板1を現像液に浸す。これにより、非露光領域13および非露光領域17が溶解し除去され、図2(g)に示すような流路7および吐出口6が形成されたオリフィスプレート2が完成する。なお、現像液としては、PGMEA、テトラハイドロフラン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、キシレン等を使用することができる。
After the exposure process is completed, the
その後、電極4などを形成し、エネルギ発生素子3に対する電気的接続を形成することにより、図1で示した液体吐出ヘッド100が完成する。
Thereafter, the electrode 4 and the like are formed, and the electrical connection to the
次に、本発明の特徴的な構成について詳しく説明する。既に図2(c)を用いて説明したように、ドライフィルム10表面の+Z方向の高さは、ドライフィルム10が液体供給口5の内部へ侵入した分だけ小さくなる。即ち、液体供給口5の開口面積や配列密度が高いほど、ドライフィルム10が液体供給口5の内部へ侵入する量は大きくなるので、流路7の+Z方向の高さや流路体積は小さくなる。
Next, a characteristic configuration of the present invention will be described in detail. As already described with reference to FIG. 2C, the height in the + Z direction on the surface of the
ここで、液体供給口5の配列密度を考える。オリフィスプレート(流路形成層)2を吐出口が開口する側からみたとき、オリフィスプレート(流路形成層)2には、第1の領域と第2の領域とがある。第1の領域と第2の領域は、オリフィスプレート(流路形成層)2の下の液体供給口5の配列密度が互いに異なっている。具体的には、第2の領域の方が第1の領域よりもオリフィスプレート(流路形成層)の下の液体供給口5の配列密度が低い。即ち、液体供給口5の配列密度は、オリフィスプレート2のXY平面における位置に応じて異なっている。例えば、複数の液体供給口5がXY平面に等しい間隔で2次元に配列していても、中央領域の配列密度は端部領域よりも高く、XY平面に垂直な方向(Z方向)の流路高さdは端部領域に比べて低くなりやすい。結果、エネルギ発生素子3である発熱抵抗体に同等のエネルギを付与したところで、中央領域の発熱抵抗体で生成される気泡は、端部領域ほど大きく成長することなく大気に連通し、吐出口6から吐出される液体の吐出量Vdは小さく抑えられてしまう。このように、等しい大きさの吐出口や同型のエネルギ発生素子を一定のピッチで配列したとしても、個々の吐出口6の吐出量はその位置に応じてばらつく傾向がある。
Here, the arrangement density of the
その一方で、個々の吐出口6における吐出量は、上記流路高さdだけでなく吐出口6の開口面積Sにも依存する。一般に、吐出口6の開口面積をS、流路高さをdとすると、吐出量Vdは、吐出効率に関する係数kを用いて、Vd=k×S×dで表すことができる。即ち、吐出量Vdは、流路高さdと吐出口面積Sの両方に比例する。
On the other hand, the discharge amount at each
本発明者らは、このような状況を鑑み、複数の吐出口6で吐出量Vdを均一にするためには、吐出口6の開口面積Sを、液体供給口5の配列密度に応じて調整することが有効であると判断した。具体的には、オリフィスプレート2のXY平面において、流路形成層(オリフィスプレート)2の下の基板1における液体供給口5の配列密度が高い領域(第1の領域)は、流路高さdが小さくなる傾向がある。よって、第1の領域には、流路形成層に比較的大きな開口面積Sの吐出口を形成する。一方、液体供給口5の配列密度が低い領域(第2の領域)は、流路高さdが大きくなる傾向があるので、比較的小さな開口面積Sの吐出口を形成する。このようにすることにより、オリフィスプレート2平面の位置によらず、全吐出口6の吐出量Vdを一様に安定させることができる。
In view of such a situation, the inventors adjust the opening area S of the
図3(a)および(b)は、液体供給口5の配列密度に対する吐出口6の開口面積Sと流路高さdの関係を示す図である。図3(a)は1つのエネルギ発生素子3の近傍に1つの液体供給口5を配し、ここから液体を供給する形態を示している。一方、図3(b)は、1つのエネルギ発生素子3の周囲に4つの液体供給口5を配し、これらから液体を供給する形態を示している。なお、個々の液体供給口5およびエネルギ発生素子3の形状は、両図とも等しいものとする。
3A and 3B are diagrams showing the relationship between the opening area S of the
図3(a)および(b)のようなオリフィスプレート2を形成する場合、図2(c)で示した転写工程において、液体供給口5の配列密度が高い図3(b)の方が、配列密度が低い図3(a)よりも、ドライフィルム10の侵入量が大きくなる。結果、現像処理の後に形成される流路7の高さdは、図3(b)の方が図3(a)よりも低く、エネルギ発生素子3から吐出口6までの距離も短くなる。
When the
よって、本発明では、図3(a)の場合と(b)の場合とで吐出量Vdを均一化するため、図3(a)の吐出口6の開口面積Sを相対的に小さく、図3(b)の開口面積Sを相対的に大きく設計する。この際、開口面積Sの大きさは、図2(f)で用いたマスク14におけるマスク領域Mの面積で調整する。このようにすれば、液体供給口5の配列密度によらず、図3(a)と(b)の構成で、吐出量Vdを均一化することができる。
Therefore, in the present invention, in order to make the discharge amount Vd uniform in the cases of FIG. 3A and FIG. 3B, the opening area S of the
また、図3(b)にように、1つのエネルギ発生素子3に対し複数の液体供給口5から液体を供給可能な構成としておくことは、吐出速度を均一化する上でも有効である。図3(b)にように流路高さdが小さくなると、液体に対する流路抵抗が増大し、吐出口6における液体のリフィル速度が遅くなり、吐出に対するイナータンスが増大し、吐出速度が増加する。但し、本実施形態のように、1つの吐出口に供給可能な液体供給口5の数を増やせば、その分リフィル速度が速くなり、吐出に対するイナータンスが低下し、吐出速度が低下する。即ち、図3(b)のように、液体供給口5の配列密度が比較的高い領域では、1つの吐出口に対し複数の液体供給口5から液体を供給できるようにしておけば、液体供給口5の配列密度に起因する吐出速度のばらつき低減することができる。
Further, as shown in FIG. 3B, the configuration in which liquid can be supplied from a plurality of
以下、具体的な数字を挙げながら、本発明の実施例をいくつか説明する。尚、いずれの実施例の液体吐出ヘッドにおいても、吐出口は円形となるように設計し、吐出口の開口面積Sが吐出口の開口径φの単調増加関数となるようにした。 Hereinafter, some examples of the present invention will be described with specific numbers. In any of the liquid discharge heads of the embodiments, the discharge port is designed to be circular, and the opening area S of the discharge port is a monotonically increasing function of the opening diameter φ of the discharge port.
(実施例1)
図4(a)〜(d)は、実施例1における液体供給口5と吐出口6のレイアウトを示す図である。図4(a)は、液体吐出ヘッド100を+Z方向側から見た場合の上面図である。図4(b)は、図4(a)の断面図である。また、図4(c)は、図4(a)において破線で囲った領域IVCを示す上面図である。更に、図4(d)は、図4(a)において破線で囲った領域IVDを示す上面図である。領域IVCおよび領域IVDについては、図4(b)の断面図でもその位置を示している。
Example 1
4A to 4D are diagrams illustrating the layout of the
本実施例において、液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口6は、全領域で、1対1対1で対応づけられている。1組の液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口6は、図4(a)に示すように、600dpi(ドット/インチ)の間隔、即ち約42.1μmのピッチでX方向に配列し、1列分の記録素子列Lを構成している。そして、このような記録素子列Lが、更にY方向に複数配列することにより、本実施例の液体吐出ヘッド100を構成している。なお、個々の液体供給口5からこれに対応する吐出口6までのXY平面上の距離、即ち流路7の長さは100μm以下の距離に設計されている。
In the present embodiment, the
領域IVCは、液体供給口5の全配列領域のうちY方向の端部に位置し、2列分の吐出口列と3列分の液体供給口列を含み、液体供給口5の面積占有率は20%になっている。これに対し、領域IVDは、液体供給口5の全配列領域のうちY方向の中央に位置し、3列分の吐出口列と4列分の液体供給口列を含み、液体供給口5の面積占有率は30%になっている。この場合、図2(c)で示した転写工程では、領域IVDの方が領域IVCよりも液体供給口5へのドライフィルム10の侵入量が大きくなり、現像処理後の流路高さdは低くなる。本実施例において、領域IVCの流路高さはd=23μm、領域IVDの流路高さはd=20μmとする。
The region IVC is located at the end in the Y direction in the entire array region of the
以上の条件の下、本実施例では、領域IVCに含まれる吐出口6の開口径φがφ=18μmに、領域IVDに含まれる吐出口6の開口径φがφ=20μmになるように調整する。具体的には、領域IVCに含まれる吐出口6に該当する位置のマスク径を、領域IVDに含まれる吐出口6に該当する位置のマスク径よりも小さくし、それぞれ18μm、20μmの開口径φが得られるようにする。
Under the above conditions, in this embodiment, the opening diameter φ of the
これにより、本実施例では、エネルギ発生素子3に所定のエネルギを発生したときの液体の吐出量Vdを、領域IVCに含まれる吐出口6と領域IVDに含まれる吐出口6で、ほぼ5plに揃えることができる。
Thus, in this embodiment, the liquid discharge amount Vd when the predetermined energy is generated in the
(実施例2)
図5(a)〜(d)は、実施例2における液体供給口5と吐出口6のレイアウトを示す図である。本実施例においても、図5(a)に示すように、液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口6は、600dpi(ドット/インチ)の間隔、即ち約42.1μmのピッチでX方向に配列し、このような記録素子列Lが、更にY方向に複数配列している。
(Example 2)
5A to 5D are diagrams illustrating the layout of the
但し、本実施例の液体吐出ヘッド100では、液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口6の対応関係が、位置に応じて異なっている。具体的に説明すると、Y方向の両端部に位置する記録素子列Lにおいては、液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口6が1対1対1で対応づけられている。これに対し、上記両端部を除く記録素子列Lにおいては、液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口6が2対1対1で対応づけられている。
However, in the
図5(b)は、図5(a)の断面図である。また、図5(c)は、図5(a)において破線で囲った領域VCを示す上面図である。更に、図5(d)は、図5(a)において破線で囲った領域VDを示す上面図である。領域VCおよび領域VDについては、図5(b)の断面図でもその位置を示している。 FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG. FIG. 5C is a top view showing a region VC surrounded by a broken line in FIG. Further, FIG. 5D is a top view showing a region VD surrounded by a broken line in FIG. The positions of the region VC and the region VD are also shown in the cross-sectional view of FIG.
領域VCは、全配列領域のうちY方向の端部に位置し、2列分の吐出口列と2列分の液体供給口列を含み、液体供給口5の面積占有率は10%になっている。一方、領域VDは、全配列領域の中央に位置し、3列分の吐出口列と4列分の液体供給口列を含み、液体供給口5の面積占有率は30%になっている。この場合、図2(c)で示した転写工程では、領域VDの方が領域VCよりも液体供給口5へのドライフィルム10の侵入量が大きくなり、現像処理後の流路高さは低くなる。本実施例において、領域VCの流路高さはd=25μm、領域VDの流路高さはd=20μmとする。
The region VC is located at the end in the Y direction in the entire array region, includes two ejection port rows and two liquid supply port rows, and the area occupancy of the
以上の条件の下、本実施例では、領域VCに含まれる吐出口6の開口径φがφ=16μmに、領域VDに含まれる吐出口6の開口径φがφ=20μmになるように調整する。具体的には、領域VCに含まれる吐出口6に該当する位置のマスク径を、領域VDに含まれる吐出口6に該当する位置のマスク径よりも小さくし、それぞれ16μm、20μmの開口径φが得られるようにする。
Under the above conditions, in this embodiment, the opening diameter φ of the
これにより、本実施例では、エネルギ発生素子3に所定のエネルギを付与したときの液体の吐出量Vdを、領域VCに含まれる吐出口6と領域VDに含まれる吐出口6で、ほぼ5plに揃えることが可能になる。加えて、本実施例では、液体供給口5の配列密度が比較的に高い中央の領域において、1つの吐出口6に2つの液体供給口5を対応させている。このため、流路高さdが低く流路抵抗が大きくなりがちな中央領域においても、その流路抵抗を低く抑え、全吐出口間で吐出速度をほぼ均一にすることができる。即ち本実施例においては、吐出量と吐出速度の両方を、全吐出口6でほぼ均一に揃えることができる。
Thus, in this embodiment, the liquid discharge amount Vd when predetermined energy is applied to the
(実施例3)
図6(a)〜(d)は、実施例3における液体供給口5と吐出口6のレイアウトを示す図である。図6(a)は、液体吐出ヘッド100を+Z方向側から見た図である。図6(b)は、図6(a)の断面図である。また、図6(c)は、図6(a)において破線で囲った領域VICを示す上面図である。更に、図6(d)は、図6(a)において破線で囲った領域VIDを示す上面図である。領域VICおよび領域VIDについては、図6(b)の断面図でもその位置を示している。
(Example 3)
6A to 6D are diagrams showing the layout of the
本実施例においても、実施例1と同様、液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口6は、全領域で、1対1対1で対応づけられている。また、図6(a)の上面図に示すように、1組の液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口6は、600dpi(ドット/インチ)の間隔、すなわち約42.1μmのピッチでX方向に配列し、1列分の記録素子列Lを構成している。但し、本実施例では複数の記録素子列LがY方向に等間隔に配列しておらず、所定の間隔を置いた3つの群に分かれて配置している。このような構成は、例えば、液体吐出ヘッド100がインクジェット記録ヘッドであって、個々の群で異なる色材を含むインクを吐出する場合などで利用される。そして、このような構成の場合、中央領域の流路高さdが必ずしも端部の流路高さdより低くなるわけではない。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the
本実施例において、領域VICは、液体供給口5の全配列領域のうちY方向の端部に位置し、2列分の吐出口列と3列分の液体供給口列を含み、液体供給口5の面積占有率は20%になっている。これに対し、領域VIDは、液体供給口5の全配列領域のうちY方向の中央に位置し、2列分の吐出口列と2列分の液体供給口列を含み、液体供給口5の面積占有率は20%になっている。この場合、図2(c)で示した転写工程では、領域VIDの方が領域VICよりも液体供給口5へのドライフィルム10の侵入量が大きくなり、現像処理後の流路高さdが低くなる。本実施例において、領域VICの流路高さはd=23μm、領域VIDの流路高さはd=25μmとする。
In this embodiment, the region VIC is located at the end in the Y direction in the entire array region of the
以上の条件の下、本実施例では、領域VICに含まれる吐出口6の開口径φがφ=16μmに、領域VIDに含まれる吐出口6の開口径φがφ=18μmになるように調整する。具体的には、領域VICに含まれる吐出口6に該当する位置のマスク径を、領域VIDに含まれる吐出口6に該当する位置のマスク径よりも小さくし、それぞれ18μm、20μmの開口径φが得られるようにする。
Under the above conditions, in this embodiment, the opening diameter φ of the
これにより、本実施例では、エネルギ発生素子3に所定のエネルギを付与したときの液体の吐出量Vdを、領域VICに含まれる吐出口6と領域VIDに含まれる吐出口6で、ほぼ5plに揃えることができる。
Accordingly, in this embodiment, the liquid discharge amount Vd when predetermined energy is applied to the
(実施例4)
図7(a)〜(d)は、実施例4における液体供給口5と吐出口6のレイアウトを上記実施例と同様に示す図である。本実施例においても、実施例1と同様に、液体供給口5、エネルギ発生素子3、および吐出口が1対1対1で対応づけられている。但し、本実施例では、吐出口6と液体供給口5がX方向に対応づけられている。即ち、個々の吐出口6は、Y方向ではなくX方向に隣接する液体供給口5から液体が供給されるようになっている。
Example 4
FIGS. 7A to 7D are diagrams showing the layout of the
このような構成においても、領域VIICのような中央領域では、領域VIIDのような端部領域に比べて、液体供給口5の占有面積は高く、現像処理後の流路高さdは低く、吐出量Vdが小さくなる傾向がある。即ち、本実施例においても、上記実施例と同様、領域VIICに含まれる吐出口6の口径を領域VIIDに含まれる吐出口6の口径よりも大きくすることによって、全領域で吐出量ばらつきを抑えることができる。
Even in such a configuration, in the central region such as the region VIIC, the occupied area of the
(実施例5)
図8(a)〜(d)は、実施例5における液体供給口5と吐出口6のレイアウトを上記実施例と同様に示す図である。本実施例では、X方向に延在する液体供給口5が、その両側に配列する複数の吐出口6に対し、共通に液体を供給可能な構成としている。このような構成は、例えば、液体吐出ヘッド100がインクジェット記録ヘッドであって、個々の液体供給口5から異なる色のインクを供給する場合などに利用される。
(Example 5)
FIGS. 8A to 8D are diagrams showing the layout of the
本実施例においても、領域VIIIDのような中央領域では、領域VIIICのような端部領域に比べて、液体供給口5の面積占有率は高く、現像処理後の流路高さdは低く、吐出量Vdが小さくなる。よって、上記実施例と同様、領域VIIIDに含まれる吐出口6の口径を領域VIIICに含まれる吐出口6の口径よりも大きくすることによって、全領域で吐出量Vdを揃えることができる。
Also in this embodiment, in the central region such as the region VIIID, the area occupancy of the
以上複数の実施例を用いて説明したように、本発明によれば、複数の吐出口、エネルギ発生素子および液体供給口を高精度にアライメントしながらも、均一な吐出量で液体を吐出することが可能な液体吐出ヘッドを製造することができる。 As described above using a plurality of embodiments, according to the present invention, a plurality of discharge ports, energy generating elements, and liquid supply ports can be aligned with high accuracy while discharging liquid with a uniform discharge amount. It is possible to manufacture a liquid discharge head that can be used.
なお、以上の説明では、流路7および吐出口6を高密度且つ高精度に形成するための有効な手法としてフォトリソグラフィーを用いたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。これらについては、例えばレーザ加工や反応性イオンエッチングを用いて形成することもできる。また、液体供給口5についても、ウェットエッチングやドライエッチング以外、レーザ加工やサンドブラストによって形成することもできる。
In the above description, photolithography is used as an effective method for forming the
1 基板
2 流路形成層(オリフィスプレート)
3 エネルギ発生素子
5 液体供給口
6 吐出口
7 流路
100 液体吐出ヘッド
1
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記基板の前記エネルギ発生素子が配列する面に流路形成層を積層する積層工程と、
前記流路形成層に、前記液体供給口から供給された液体を前記エネルギ発生素子まで導くための流路と、前記エネルギ発生素子で生成されたエネルギによって液体を吐出するための吐出口とを、形成する形成工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成層を前記吐出口が開口する側からみたときに、前記流路形成層には、第1の領域と、前記第1の領域よりも前記流路形成層の下の前記液体供給口の配列密度が小さい第2の領域とがあり、前記形成工程では、前記第1の領域の方が前記第2の領域よりも前記吐出口の開口面積が大きくなるように、前記流路形成層に前記吐出口を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A step of preparing a substrate on which a plurality of energy generating elements for generating energy for discharging liquid and a plurality of liquid supply ports for supplying liquid to the energy generating elements are arranged;
A laminating step of laminating a flow path forming layer on a surface of the substrate on which the energy generating elements are arranged;
A flow path for guiding the liquid supplied from the liquid supply port to the energy generating element in the flow path forming layer, and a discharge port for discharging the liquid by the energy generated by the energy generating element, Forming process to form;
A method of manufacturing a liquid discharge head having
When the flow path forming layer is viewed from the opening side of the discharge port, the flow path forming layer includes a first region and the liquid supply below the flow path forming layer than the first region. A second region having a small arrangement density of the mouths, and in the forming step, the flow path is formed so that the opening area of the discharge port is larger in the first region than in the second region. A method of manufacturing a liquid discharge head, wherein the discharge port is formed in a layer.
前記形成工程では、フォトリソグラフィーによって前記流路および前記吐出口を形成する請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The laminating step includes a step of transferring a photosensitive dry film to a surface of the substrate where the energy generating elements are arranged,
The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein in the forming step, the flow path and the discharge port are formed by photolithography.
前記基板の前記エネルギ発生素子が配列する面に積層され、前記液体供給口から供給された液体を前記エネルギ発生素子まで導く流路と、前記エネルギ発生素子で生成されたエネルギによって液体を吐出するための吐出口と、が形成されたオリフィスプレートと
を備える液体吐出ヘッドであって、
前記オリフィスプレートを前記吐出口が開口する側からみたときに、前記オリフィスプレートには、第1の領域と、前記第1の領域よりも前記オリフィスプレートの下の前記液体供給口の配列密度が低い第2の領域とがあり、前記流路の前記面に垂直な方向の高さは前記第1の領域の方が前記第2の領域よりも高く、前記吐出口の開口面積は前記第2の領域の方が前記第1の領域よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。 An energy generating element that generates energy for discharging liquid; a substrate on which liquid supply ports for supplying liquid to the energy generating element are arranged; and
The substrate is stacked on the surface where the energy generating elements are arranged, and the liquid is supplied by the energy generated by the energy generating elements, and the flow path for guiding the liquid supplied from the liquid supply port to the energy generating elements. A liquid discharge head comprising an orifice plate formed with an orifice plate,
When the orifice plate is viewed from the side where the discharge ports open, the orifice plate has a first region and an arrangement density of the liquid supply ports below the orifice plate lower than the first region. And the height of the flow path in the direction perpendicular to the surface of the flow path is higher in the first region than in the second region, and the opening area of the discharge port is the second region. A liquid ejection head characterized in that a region is larger than the first region.
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| JP2020059146A (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-16 | キヤノン株式会社 | Method of manufacturing fine structure and method of manufacturing liquid ejection head |
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2016
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