專利名稱：液體噴出頭及噴出頭的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)將例如油墨滴等液滴噴出，以便在記錄介質(zhì)上進(jìn)行記錄的液體噴出頭及其制造方法，尤其是涉及用于進(jìn)行噴墨記錄的液體噴出頭。
在通常使用的噴墨記錄方式的噴墨方法中，可以舉出，使用加熱器等的電熱變換元件作為用于噴出墨滴的噴出能量發(fā)生元件的方法以及使用壓電元件等的方法，不管是哪一種方法皆可根據(jù)電信號(hào)來(lái)控制墨滴的噴出。使用電熱轉(zhuǎn)換元件的油墨噴出方法的原理是通過(guò)向電熱轉(zhuǎn)換元件施加電壓來(lái)使電熱轉(zhuǎn)換元件附近的油墨瞬時(shí)沸騰，由于沸騰時(shí)油墨的相變化所導(dǎo)致的氣泡的迅速長(zhǎng)大使得墨滴高速地噴出。另一方面，使用壓電元件的油墨噴出方法的原理是通過(guò)向壓電元件施加電壓，使壓電元件發(fā)生變位，由于在該變位時(shí)產(chǎn)生的壓力而將墨滴噴出。
另外，使用電熱轉(zhuǎn)換元件的油墨噴出方法的優(yōu)點(diǎn)是不必要求大的空間來(lái)用于配置噴出能量發(fā)生元件，而且液體噴出頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噴嘴的高聚集化容易。另一方面，作為該油墨噴出方法的固有缺點(diǎn)，可以舉出，由于電熱轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的熱等蓄積在液體噴出頭內(nèi)時(shí)，使得飛翔墨滴的體積發(fā)生變化，或者由于消泡作用而生成的空穴對(duì)電熱轉(zhuǎn)換元件帶來(lái)不良影響，或者，溶解在油墨內(nèi)的空氣成為殘留在液體噴出頭內(nèi)的殘留氣泡，對(duì)墨滴的噴出特性或圖像質(zhì)量產(chǎn)生不良影響等。
作為用于解決這些問(wèn)題的方法，可以舉出在特開(kāi)昭54-161935號(hào)公報(bào)、特開(kāi)昭61-185455號(hào)公報(bào)、特開(kāi)昭61-249768號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平4-10941號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的噴墨記錄方法和液體噴出頭。也就是說(shuō)，在上述專利文獻(xiàn)中公開(kāi)的噴墨記錄方法的構(gòu)成如下，即，根據(jù)記錄信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電熱轉(zhuǎn)換元件，并使產(chǎn)生的氣泡與大氣連通。通過(guò)采用該噴墨記錄方法，可以使飛翔的墨滴的體積變得穩(wěn)定，并能將微少量的墨滴高速地噴出，可以克服在氣泡消失時(shí)產(chǎn)生的空穴作用，從而能夠提高加熱器的耐久性等，從而能容易地獲得更高精細(xì)度的圖像。在上述的專利文獻(xiàn)中，作為使氣泡與大氣相通的結(jié)構(gòu)，可以舉出，采用一種使電熱轉(zhuǎn)換元件與噴出口之間的最短距離，比傳統(tǒng)的裝置要短得多的結(jié)構(gòu)。
下面對(duì)這種傳統(tǒng)的液體噴出頭進(jìn)行說(shuō)明。傳統(tǒng)的液體噴出頭具備設(shè)有用于將油墨噴出的電熱轉(zhuǎn)換元件的元件基板以及與該元件基板接合并構(gòu)成油墨流路的噴出孔基板。該噴出孔基板具有用于噴出墨滴的多個(gè)噴出口、用于使油墨流動(dòng)的多個(gè)噴嘴以及用于向各個(gè)噴嘴供給油墨的供給室。每個(gè)噴嘴由發(fā)泡室和供給流路構(gòu)成，發(fā)泡室利用電熱轉(zhuǎn)換元件來(lái)使其內(nèi)部的油墨中產(chǎn)生氣泡，而供給流路則用于向該發(fā)泡室供給油墨。在元件基板上位于各發(fā)泡室內(nèi)設(shè)置有電熱轉(zhuǎn)換元件。另外，在元件基板上設(shè)置有供給口，以便從與噴出孔基板相鄰接的主面的另一側(cè)向供給室供給油墨。另外，在噴出孔基板上處于與元件基板上的電熱轉(zhuǎn)換元件相對(duì)向的位置設(shè)置有噴出口。
具有如上所說(shuō)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)的液體噴出頭，由供給口向供給室內(nèi)供給的油墨沿著各噴嘴供給并填充入發(fā)泡室內(nèi)。已填充入發(fā)泡室內(nèi)的油墨由于電熱轉(zhuǎn)換元件所導(dǎo)致的膜沸騰作用而產(chǎn)生氣泡，借助于這些氣泡的作用而使油墨沿著與元件基板的主面相垂直的方向飛翔并作為墨滴從噴出口噴出。
另外，為了使具有上述液體噴出頭的記錄裝置達(dá)到記錄圖像更高質(zhì)量的輸出，高質(zhì)量圖像和高解析度的輸出等，人們正在考慮使記錄速度更高速化。傳統(tǒng)的記錄裝置為了使記錄速度高速化人們正在試圖增加從液體噴出頭的各噴嘴飛翔出來(lái)的墨滴的噴出次數(shù)，也就是試圖提高墨滴的噴出頻率，這類(lèi)裝置已公開(kāi)在美國(guó)專利US4,882,595和US6,158,843中。
更具體地說(shuō)，在美國(guó)專利US6,158,843中提出了一種技術(shù)方案，該方案是通過(guò)在供給口附近設(shè)置一種用于使油墨流路局部變窄的空間或突起的流體阻擋結(jié)構(gòu)來(lái)改善油墨從供給口向供給流路流動(dòng)的狀況。
另外，在特開(kāi)2000-255072號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了一種用于在供給流路形成凹陷部分的凹部的制造方法，該方法是在元件基板上只設(shè)置1層可以溶解的樹(shù)脂層，在使該有機(jī)樹(shù)脂曝光和顯影時(shí)，使用一種設(shè)置有析像度在限度以下的圖案的光掩模，使各供給流路上形成部分的凹部。但是，在按照該方法形成的流路圖案的上面，由于曝光時(shí)的光線發(fā)生散射的影響而形成了微小的凹凸。
可是，上述傳統(tǒng)的液體噴出頭在噴出墨滴時(shí)，由于在發(fā)泡室內(nèi)成長(zhǎng)的氣泡的作用，使得填充在發(fā)泡室內(nèi)的油墨的一部分被壓回到供給流路中。因此，對(duì)于傳統(tǒng)的液體噴出頭，其缺點(diǎn)是伴隨發(fā)泡室內(nèi)油墨體積的減少，其墨滴的噴出量也減少了。
另外，傳統(tǒng)的液體噴出頭當(dāng)填充在發(fā)泡室內(nèi)的一部分油墨擠壓回供給流路的時(shí)候，成長(zhǎng)的氣泡面對(duì)供給流路一側(cè)的壓力一部分逃逸到供給流路一側(cè)，或者由于發(fā)泡室內(nèi)的內(nèi)壁與氣泡的磨擦而造成壓力損失。因此，傳統(tǒng)的液體噴出頭伴隨著氣泡壓力的降低，導(dǎo)致了墨滴的噴出速度降低，這是存在的問(wèn)題。
另外，傳統(tǒng)的液體噴出頭，由于在發(fā)泡室內(nèi)成長(zhǎng)的氣泡的作用，使得填充在發(fā)泡室內(nèi)的微少量的油墨體積發(fā)生變化，因此導(dǎo)致墨滴的噴出量發(fā)生波動(dòng)，這也是存在的問(wèn)題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中所述的液體噴出頭，它具備用于產(chǎn)生為了噴出液滴所需能量的噴出能量發(fā)生元件；在主面上設(shè)置有噴出能量發(fā)出元件的元件基板；具有用于噴出液滴的噴出口的噴出口部，借助于噴出能量發(fā)生元件而在內(nèi)部液體中產(chǎn)生氣泡的發(fā)泡室，具有用于向發(fā)泡室供給液體的供給流路的噴嘴，用于向噴嘴供給液體的供給室，與元件基板的主面接合的噴出孔基板，其特征在于，上述發(fā)泡室包括第1發(fā)泡室和第2發(fā)泡室，其中，第1發(fā)泡室以元件基板的主面作為底平面并與供給流路相連通，而且借助于噴出能量發(fā)生元件的作用而在第1發(fā)泡室內(nèi)部的液體中產(chǎn)生氣泡；第2發(fā)泡室與第1發(fā)泡室連通并且與噴出口部連通，按照與基板垂直的方向，第2發(fā)泡室下平面的中心軸與上平面的中心軸一致，而且第2發(fā)泡室相對(duì)于其中心軸的上平面的截面積比下平面的截面積小，并且，從第2發(fā)泡室的下平面至上平面，沿中心軸方向的截面積連續(xù)地變化；而且，第2發(fā)泡室相對(duì)于其中心軸的上平面的截面積比噴出口部相對(duì)于其中心軸的截面積大。
另外，具有如上所述結(jié)構(gòu)的液體噴出頭，在其噴嘴內(nèi)的流路的高度、寬度或其截面積是變化的，而且沿著從基板至噴出口的方向，油墨體積逐漸減小，在噴出口附近，當(dāng)液滴飛翔時(shí)，飛翔的液滴相對(duì)于基板垂直地飛翔，而且構(gòu)成了具有整流作用的形狀。另外，當(dāng)液滴噴出時(shí)，可以抑制由于發(fā)泡室內(nèi)產(chǎn)生的氣泡所導(dǎo)致的填充在發(fā)泡室內(nèi)的液體被擠出到供給流路一側(cè)的現(xiàn)象。因此，使用該液體噴出頭，就能抑制由噴出口噴出的液滴的噴出體積發(fā)生波動(dòng)，從而能夠正確地確保噴出體積。另外，該液體噴出頭在噴出液滴時(shí)，借助于由臺(tái)階高差部構(gòu)成的控制部的作用，由于在發(fā)泡室內(nèi)成長(zhǎng)的氣泡與發(fā)泡室內(nèi)控制部的內(nèi)壁接觸，可以抑制氣泡的壓力損失。因此，使用該液體噴出頭，可以使發(fā)泡室內(nèi)的氣泡順利地成長(zhǎng)，所以能充分地確保其壓力，從而可以提高液滴的噴出速度。
圖2是按照三開(kāi)口模型表示液體噴出頭的流體流動(dòng)狀態(tài)的示意圖。
圖3是用等效電路表示液體噴出頭的示意圖。
圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的液體噴出頭的一個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)的局部剖視立體圖。
圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的液體噴出頭的多個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)的局部剖視立體圖。
圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的液體噴出頭的一個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。
圖7是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的液體噴出頭的一個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)的平面剖視圖。
圖8A、8B、8C、8D、8E是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的液體噴出頭的制造方法的立體圖，其中圖8A是元件基板；圖8B是在元件基板上形成了下樹(shù)脂層和上樹(shù)脂層的狀態(tài)；圖8C是形成了被覆樹(shù)脂層的狀態(tài)；圖8D是形成了供給口的狀態(tài)；圖8E是將內(nèi)部的下樹(shù)脂層和上樹(shù)脂層溶解流出后的狀態(tài)。
圖9A、9B、9C、9D、9E是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的液體噴出頭的各制造工序的第1縱向剖視圖，其中圖9A是元件基板；
圖9B是在元件基板上形成了下樹(shù)脂層的狀態(tài)；圖9C是在元件基板上形成了上樹(shù)脂層的狀態(tài)；圖9D是在元件基板上已形成的上樹(shù)脂層上進(jìn)行圖案形成，并在側(cè)面形成了傾斜的狀態(tài)；圖9E是在元件基板上已形成的下樹(shù)脂層上進(jìn)行圖案形成的狀態(tài)。
圖10A、10B、10C、10D是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的液體噴出頭的各制造工序的第2縱向剖視圖，其中圖10A是形成了作為噴出孔基板的被覆樹(shù)脂層的狀態(tài)；圖10B是形成了噴出口部的狀態(tài)；圖10C是形成了供給口的狀態(tài)；圖10D是通過(guò)使內(nèi)部的下樹(shù)脂和上樹(shù)脂層溶解流出來(lái)完成了液體噴出頭的狀態(tài)。
圖11是表示通過(guò)電子射線照射使上樹(shù)脂層和下樹(shù)脂層發(fā)生化學(xué)變化的化學(xué)反應(yīng)式。
圖12是曲線圖，它表示下樹(shù)脂層和上樹(shù)脂層材料在210～330nm區(qū)域的吸收光譜曲線。
圖13是用于說(shuō)明本發(fā)明第2實(shí)施方式的液體噴出頭的一個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)的局部剖視立體圖。
圖14是用于說(shuō)明本發(fā)明第2實(shí)施方式的液體噴出頭的一個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視15是用于說(shuō)明本發(fā)明第3實(shí)施方式的液體噴出頭的一個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)是局部剖視立體圖。
圖16是用于說(shuō)明本發(fā)明第3實(shí)施方式的液體噴出頭的一個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。
圖17A、17B是用于說(shuō)明本發(fā)明第4實(shí)施方式的液體噴出頭的一個(gè)加熱器與噴嘴的組合結(jié)構(gòu)的局部剖視立體圖，其中圖17A是第1列噴嘴；圖17B是第2列噴嘴；
圖18A、18B、18C、18D、18E是用于說(shuō)明本發(fā)明第4實(shí)施方式的液體噴出頭的各制造工序的第1縱向剖視圖，其中圖18A是元件基板；圖18B是在元件基板上形成了下樹(shù)脂層的狀態(tài)；圖18C是在元件基板上形成了上樹(shù)脂層的狀態(tài)；圖18D是在元件基板上已形成的上樹(shù)脂層上進(jìn)行圖類(lèi)形成，并在側(cè)面形成了傾斜的狀態(tài)；圖18E是在元件基板上已形成的下樹(shù)脂層上進(jìn)行圖類(lèi)形成的狀態(tài)。
圖19A、19B、19C、19D是用于說(shuō)明本發(fā)明第4實(shí)施方式的液體噴出頭的各制造工序的第2縱向剖視圖，其中；圖19A是形成了作為噴出孔基板的被覆樹(shù)脂層的狀態(tài)；圖19B是形成了噴出口部的狀態(tài)；圖19C是形成了供給口的狀態(tài)；圖19D是通過(guò)使內(nèi)部的下樹(shù)脂層和上樹(shù)脂層溶解流出來(lái)完成液體噴出頭的狀態(tài)。
首先說(shuō)明本實(shí)施方式中所說(shuō)的液體噴出頭的大體情況。本實(shí)施方式的液體噴出頭是一種采用通過(guò)熱能來(lái)使油墨的狀態(tài)發(fā)生變化的方式的液體噴出頭，即，在噴墨記錄方式中具有用于產(chǎn)生熱能的裝置，所產(chǎn)生的熱能用于將液體的油墨噴出。通過(guò)使用這樣的方式，可以使被記錄的文字和圖像等達(dá)到高密度化和高精細(xì)化。特別是在本實(shí)施方式中，利用發(fā)熱電阻元件作為產(chǎn)生熱能的裝置，當(dāng)油墨被該發(fā)熱電阻元件加熱而發(fā)生膜沸騰時(shí)，通過(guò)利用發(fā)生的氣泡所形成的壓力來(lái)將油墨噴出。
第1實(shí)施方式下面將進(jìn)行詳細(xì)描述，但是如圖1所示，第1實(shí)施方式的液體噴出頭1，作為發(fā)熱電阻元件的多個(gè)加熱器每個(gè)都具有用于各自獨(dú)立地形成作為油墨流路的噴嘴所需的隔離壁，這些隔離壁從噴出口延伸至供給口的附近。這樣的液體噴出頭1具有象在特開(kāi)平4-10940號(hào)公報(bào)和特開(kāi)平4-10941號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的噴墨記錄方法中使用的油墨噴出裝置，在油墨噴出時(shí)產(chǎn)生的氣泡通過(guò)噴出口而與大氣連通。
并且，液體噴出頭1具備第1列噴嘴16和第2列噴嘴17，其中，第1列噴嘴具有多個(gè)加熱器和多個(gè)噴嘴，各個(gè)噴嘴沿其縱向平行地排列；第2列噴嘴將供給室?jiàn)A住并在與第1列噴嘴對(duì)向的位置排列。第1和第2列噴嘴16、17各自相鄰的各個(gè)噴嘴之間的間隙形成600dpi的間距。而且，第2列噴嘴17的備個(gè)噴嘴相對(duì)于第1列噴嘴16的各個(gè)噴嘴，按照相鄰各噴嘴的間距相互錯(cuò)開(kāi)1/2間距的方式排列。
此外按照最優(yōu)化的概念簡(jiǎn)單地說(shuō)明具有第1和第2列噴嘴16、17的液體噴出頭1，在所說(shuō)第1和第2列噴嘴上高密度地排列著多個(gè)加熱器和多個(gè)噴嘴。
通常，作為能夠影響液體噴出頭的噴出特性的物理量，在多個(gè)設(shè)置的噴嘴內(nèi)的慣性(慣性力)和阻力(粘性阻力)起著較大的作用。在任意形狀的流路內(nèi)流動(dòng)的非壓縮性流體的運(yùn)動(dòng)方程式可用下面列出的兩個(gè)公式表示。
Δ·V＝0(連續(xù)的式)……式1(v/t(yī))+(v·Δ)v＝-Δ(P/ρ)+(μ/ρ)Δ2v+f(納維爾-斯托克斯方程) ……式2對(duì)流項(xiàng)和粘性項(xiàng)的數(shù)值都很小，作為沒(méi)有外力的參數(shù)，對(duì)式1和式2作近似處理，于是有Δ2P＝0 ……式3其中，壓力用調(diào)和函數(shù)表示。
另外，在液體噴出頭的場(chǎng)合，用圖2所示的三開(kāi)口模型和圖3所示的等效電路來(lái)表現(xiàn)。
慣性可定義為在靜止流體迅速起動(dòng)時(shí)的“起動(dòng)難度”。如果以電學(xué)表示，可以將其看成與阻礙電流變化的電感L具有相似的作用。按照機(jī)械的彈簧重量模式，它相當(dāng)于重量(mass)。
如果用公式表示慣性，則可以用在向開(kāi)口施加壓力差時(shí)的流體體積V的二次時(shí)間微分來(lái)表示，也就是以流量F(＝ΔV/Δt)與時(shí)間微分之比，來(lái)表示。
(Δ2V/Δt2)＝(ΔF/Δt)＝(1/A)×P ……式4其中，A表示慣性。
例如，如果模擬地假定一種密度為ρ，長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積為So的管型的管流路，則該模擬的一元管流路的慣性Ao可用Ao＝ρ×L/So表示，可以看出，Ao與流路的長(zhǎng)度成正比而與截面積成反比。
根據(jù)圖3所示的等效電路，可以模擬地預(yù)測(cè)和解析液體噴出頭的噴出特性。
在本發(fā)明的液體噴出頭中，噴出現(xiàn)象可以理解為由慣性流轉(zhuǎn)變?yōu)檎承粤鞯默F(xiàn)象。特別是由加熱器導(dǎo)致的在發(fā)泡室內(nèi)的發(fā)泡初期，以慣性流為主；相反，在噴出后期(也就是從噴出口處生成的彎液面開(kāi)始向油墨流路側(cè)移動(dòng)時(shí)起，至由于毛細(xì)管現(xiàn)象而使得油墨填充并恢復(fù)至噴出口的開(kāi)口端面時(shí)為止的時(shí)間)，則以粘性流為主。這時(shí)，根據(jù)上述關(guān)系式，在發(fā)泡初期，根據(jù)慣性量的關(guān)系，對(duì)噴出特性，特別是對(duì)吐出體積和噴出速度所作的貢獻(xiàn)增大，而在噴出的后期，阻力(粘性阻力)的大小對(duì)噴出特性，特別是對(duì)為了補(bǔ)充油墨所需要的時(shí)間(下文稱為被充時(shí)間)所作的貢獻(xiàn)增大。
此處，阻力(粘性阻力)可按照符合式1和ΔP＝ηΔ2μ ……式5的穩(wěn)定的斯托克斯流動(dòng)，如下所述求出粘性阻力B。另外，在噴出后期，在圖2所示模型中，由于在噴出口附近生成彎液面，并且主要由于毛細(xì)管產(chǎn)生的虹吸力的作用，導(dǎo)致油墨流動(dòng)，粘線阻力可以用二開(kāi)口模型(一維流動(dòng)模型)近似。
也就是說(shuō)，可以通過(guò)描述粘性流體的Poiseuille方程式6求出。
(ΔV/Δt)＝(1/G)×(1/η){(ΔP/Δx)×S(x)} ……式6式中，G為形狀因子。另外，粘性阻力B是根據(jù)任意的壓力差在流動(dòng)的流體中引起的，因此，可以通過(guò)下式B＝∫0L{G×η}/S(x)}Δx……式7求出。
假定是一種密度ρ、長(zhǎng)度L和截面積So的管型的管流路，則利用上述的式7，可使阻力(粘性阻力)成為B＝8η×L/(π×So2) ……式8從該式可以看出，粘性阻力近似地與噴嘴的長(zhǎng)度成正比，而且與噴嘴截面積的二次方成反比。
這樣，為了提高液體噴出頭的噴出特性，特別是噴出速度、墨滴的噴出體積、補(bǔ)充時(shí)間的每一種特性，從慣性的關(guān)系考慮，其必要充分條件是要使從加熱器至噴出口側(cè)的慣性量對(duì)從加熱器至供給口側(cè)為慣性量之比盡可能地大，而且要使噴嘴內(nèi)的阻力減小。
根據(jù)上述的觀點(diǎn)，本發(fā)明的液體噴出頭進(jìn)而針對(duì)所謂高密度地設(shè)置多個(gè)加熱器和多個(gè)噴嘴的命題，可以同時(shí)滿足兩方面的要求。
下面，對(duì)于實(shí)施方式中所說(shuō)的液體噴出頭，參照


其具體結(jié)構(gòu)。
如圖4至圖7所示，液體噴出頭具有元件基板11和稅孔基板12，其中，在元件基板11上設(shè)置有作為屬于發(fā)熱電阻元件的多個(gè)噴出能量發(fā)生元件的加熱器20，而噴出孔基板12通過(guò)在上述元件基板11的主面上積層和接合來(lái)構(gòu)成多個(gè)油墨流路。
元件基板11可以使用例如玻璃、陶瓷、樹(shù)脂、金屬等來(lái)形成，在一般情況下用Si來(lái)形成。
在元件基板11的主面上，對(duì)于各油墨流路的每一個(gè)流路，都分別設(shè)置有加熱器20和用于向該加熱器20施加電壓的電極(圖中未示)，以及按規(guī)定的配線線路圖設(shè)置有用于與上述電極連接的配線(圖中未示出)。
另外，在元件基板11的主面上，按照被覆著加熱器20的方式設(shè)置有用于提高蓄熱散發(fā)性的絕緣膜21(參照?qǐng)D8A至圖8E)。另外，在元件基板11的主面上按照被覆著絕緣膜21的方式設(shè)置有用于保護(hù)上述主面的保護(hù)膜22，以避免該主面受到在氣泡消除時(shí)產(chǎn)生的空穴的影響(參照?qǐng)D8A至圖8E)。
噴出孔基板12按照厚度30μm左右由樹(shù)脂材料形成。如圖4，圖5所示，噴出孔基板12具備用于噴出墨滴的多個(gè)噴出口部26，并具有可讓油墨在其內(nèi)部流動(dòng)的多個(gè)噴嘴27以及用于向各噴嘴27供給油墨的供給室28。
噴嘴27具有噴出口部26、發(fā)泡室31和供給流路32，其中，噴出口部26具有用于噴出液滴的噴出口26a；發(fā)泡室31通過(guò)作為噴出能量發(fā)生元件的加熱器20的作用而在其內(nèi)部的液體中產(chǎn)生氣泡；供給流路32用于向發(fā)泡室31供給液體。
發(fā)泡室31包括第1發(fā)泡室31a和第2發(fā)泡室31b，其中，第1發(fā)泡室31a以元件基板11的主面作為底平面與供給流路32相連通，它通過(guò)加熱器20的作用而在其內(nèi)部的液體中產(chǎn)生氣泡；第2發(fā)泡室31b設(shè)計(jì)成與第1發(fā)泡室31a平行于元件基板11的主面的上平面的開(kāi)口相連通，從而允許第1發(fā)泡室31a中產(chǎn)生的氣泡在第2發(fā)泡室31b中成長(zhǎng)；噴出口部26設(shè)計(jì)成與第2發(fā)泡室31b的上平面的開(kāi)口相連通，并且在噴出口部26的側(cè)壁面與第2發(fā)泡室31b的側(cè)壁面之間存在臺(tái)階高差。
噴出口部26的噴出口26a形成于與設(shè)置在元件基板11上的加熱器20相對(duì)向的位置，在此處成為一個(gè)直徑例如為15μm左右的圓孔。另外，噴出口26a也可根據(jù)噴出特性上的需要，形成一種放射狀的大體上呈星形的開(kāi)口。
第2發(fā)泡室31b成為圓錐臺(tái)形的形狀，其側(cè)壁相對(duì)于與元件基板的主面垂直的平面以10～45°的傾斜度朝著噴出口的方向逐漸縮小，其上平面具有臺(tái)階高差并與噴出口部26的開(kāi)口連通。
第1發(fā)泡室31a形成于供給流路32的延長(zhǎng)線上，它與噴出口26對(duì)向的底平面大體上按矩形的形狀形成。
此處，噴嘴27按照能使平行于元件基板11的主面的加熱器20的主面與噴出口26a的最短距離成為小于30μm的方式來(lái)形成。
在噴嘴27中，與主面平行的第1發(fā)泡室31a的上平面和與鄰接于發(fā)泡室31的供給流路32的上平面(與主面平行)成為同一平面而相連接，該供給流路的上平面通過(guò)相對(duì)于主面具有傾斜度地設(shè)置的臺(tái)階高差部，與鄰接供給室28一側(cè)的供給流路32的更高的上平面(平行于元件基板的主面)連接，從臺(tái)階高差部至第2發(fā)泡室31b的底平面的開(kāi)口之間，形成控制部33，控制部33控制發(fā)泡室31內(nèi)由于氣泡引起的油墨流動(dòng)。從元件基板11的主面至供給流路32的上平面的最大高度設(shè)計(jì)成低于從元件基板11的主面至第2發(fā)泡室31b的上平面的高度。
供給流路32按照其一端與發(fā)泡室31連通，同時(shí)其另一端與供給室28連通的方式來(lái)形成。
這樣，在噴嘴27中，由于存在控制部33，因此使得，從與第1發(fā)泡室31a相鄰接的供給流路32的一個(gè)端部開(kāi)始，貫穿第1發(fā)泡室31a為止的部分相對(duì)于元件基板11的主面的高度，低于與供給室28相連的供給部32的另一個(gè)端部的高度。因此，在噴嘴27中，由于存在控制部33，所以使得，從與第1發(fā)泡室31a相鄰接的供給流路32的一個(gè)端部開(kāi)始，至貫穿第1發(fā)泡室31a為止的油墨流路的截面積要小于其他部分流路的截面積。
另外，如圖4至圖7所示，噴嘴27形成為直線狀，其在平行于流路的元件基板11的主面的流路平面上與油墨流動(dòng)方向垂直相交的寬度，在從供給室28開(kāi)始至貫穿整個(gè)發(fā)泡室31為止的區(qū)域內(nèi)大體上相等。另外，噴嘴27在形成時(shí)還應(yīng)使得，與元件基板11的主面對(duì)向的各內(nèi)壁面，在從供給室28開(kāi)始至貫穿發(fā)泡室31為止的區(qū)域內(nèi)都分別與元件基板11的主面相平行。
此處，噴嘴27在形成時(shí)應(yīng)使得，與元件基板11的主面相對(duì)向的控制部33距對(duì)向面的高度成為例如14μm左右，并應(yīng)使得，與元件基板11的主面相對(duì)向的供給室28距對(duì)向面的高度成為例如25μm左右。另外，噴嘴27在形成時(shí)應(yīng)使得，與油墨的流動(dòng)方向平行的控制部33長(zhǎng)度成為例如10μm左右。
另外，在元件基板11上，在與噴出孔基板12鄰接的主面的里面上，設(shè)置有用于從該里面?zhèn)认蚬┙o室28供給油墨的供給口36。
另外，在圖4和圖5中，在供給室28內(nèi)與供給口36相鄰接的位置，分別設(shè)置有用于通過(guò)過(guò)濾來(lái)除去各噴嘴27中的油墨內(nèi)的塵粒的圓柱狀噴嘴過(guò)濾器38，該過(guò)濾器38橫跨在元件基板11與噴出孔基板12之間。噴嘴過(guò)濾器38設(shè)置在距供給口例如20μm左右的位置。另外，在供給室28內(nèi)的各噴嘴過(guò)濾器38的間距例如為10μm左右。使用該噴嘴過(guò)濾器38，可以防止塵粒堵塞供給流路32和噴出口26，從而確保良好的噴出動(dòng)作。
對(duì)于上述結(jié)構(gòu)的液體噴出頭1，說(shuō)明它從噴出口26噴出墨滴的動(dòng)作。
首先，在液體噴出頭1中，由供給口36和供給室28內(nèi)供給的油墨，按著分別供給到第1和第2列噴嘴16、17的各噴嘴27中。供給到各噴嘴27的油墨，沿著供給流路32流動(dòng)并填充入發(fā)泡室31內(nèi)。填充到發(fā)泡室31內(nèi)的油墨，借助于由加熱器20導(dǎo)致的膜沸騰而產(chǎn)生的氣泡的成長(zhǎng)壓力的作用，沿著大體上與元件基板11的主面相垂直的方向飛翔，并作為墨滴從噴出口部26的噴出口26a噴出。
填充在發(fā)泡室內(nèi)的油墨，當(dāng)在第1發(fā)泡室31a內(nèi)借助于由加熱器20導(dǎo)致的膜沸騰而產(chǎn)生的氣泡的成長(zhǎng)壓力的作用而經(jīng)由第2發(fā)泡室32b噴出時(shí)，相對(duì)于基板垂直地飛翔，其理由是，第2發(fā)泡室31b呈圓錐臺(tái)的形狀，其側(cè)壁相對(duì)于與元件基板主面垂直的平面按10～40°的傾斜度朝噴出口方向漸逐縮小，其上平面按照具有臺(tái)階高差的方式與噴出口26的開(kāi)口相連通，因此，從元件基板11至噴出口26a的方向，一邊使油墨的體積逐淅地減小，一邊進(jìn)行整流，于是在噴出口26a的附近，當(dāng)液滴飛翔時(shí)，飛翔的液滴就相對(duì)于基板垂直地飛翔。
當(dāng)填充在發(fā)泡室31內(nèi)的油墨噴出時(shí)，發(fā)泡室31內(nèi)的油墨的一部分由于發(fā)泡室31內(nèi)產(chǎn)生的氣泡的壓力而變成向供給流路32一側(cè)流動(dòng)。在液體噴出頭1中，當(dāng)發(fā)泡室31內(nèi)的油墨的一部分向供給流路32一側(cè)流動(dòng)時(shí)，由于控制部33的存在而使得供給流路32的流路變窄，因此，對(duì)于從發(fā)泡室31一側(cè)通過(guò)供給流路32而向供給室28一側(cè)流動(dòng)的油墨來(lái)說(shuō)，控制部33就起到一種流體阻力的作用。因此，在液體噴出頭1中，由于控制部33可以抑制填充在發(fā)泡室31內(nèi)的油墨向供給流路32一側(cè)流動(dòng)，因此可以防止發(fā)泡室31內(nèi)的油墨減少，從而能夠很好地確保油墨的噴出體積，并能抑制由噴出口噴出的液滴的噴出體積發(fā)生波動(dòng)，從而能夠正確地確保噴出體積。
在液體噴出頭1中，假設(shè)從加熱器20至噴出口26的慣性為A1、從加熱器20至供給口36的慣性為A2、噴嘴27的全部的慣性為A0，則向噴出頭的噴出口26a一側(cè)的能量分配比η可由下式η＝(A1/A0)＝{A2/(A1+A2)}……式9表示。另外，各慣性值可以使用例如三元有限要素法解算器，通過(guò)解析拉普拉斯(Laplace)方程式來(lái)求出。
通過(guò)上述方程，液體噴出頭1在噴出頭的噴出口26a一側(cè)的能量分配比η為0.59。通過(guò)使液體噴出頭1的能量分配比η與傳統(tǒng)的液體噴出頭等值，就可以使噴出速度和噴出體積的值維持在與傳統(tǒng)技術(shù)相同的程度。另外，能量分配比η優(yōu)選滿足0.5＜η＜0.8的關(guān)系。當(dāng)液體噴出頭1的能量分配比η在0.5以下時(shí)，不能確保良好的噴出速度和噴出體積，而當(dāng)能量分配比在0.8以上時(shí)，油墨的流動(dòng)性就變得不好，從而不能進(jìn)行補(bǔ)充。
另外，當(dāng)液體噴出頭使用例如染料系的黑色油墨(表面張力47.8×10-3N/m，粘度1.8cp，pH98)作為油墨的場(chǎng)合，液體噴出頭1與傳統(tǒng)的液體噴出頭相比，可以將噴嘴27內(nèi)的粘性阻力值B降低40％左右。粘性阻力值B可以利用三元有限要素法解算器算出，通過(guò)測(cè)定噴嘴27的長(zhǎng)度及其截面積，就能容易地算出。
也就是說(shuō)，已知慣性A與噴嘴的長(zhǎng)度(L)成正比，而與平均截面積(SΔV)成反比。
按照本發(fā)明，通過(guò)降低從加熱器至噴出口的平均截面積，可以達(dá)到這樣的目標(biāo)，即，借助于由加熱器產(chǎn)生的氣泡，使得噴嘴內(nèi)的油墨作為從噴出口噴出的液滴，更穩(wěn)定和更有效率地飛翔。
因此本實(shí)施方式的液體噴出頭1，與傳統(tǒng)的液體噴出頭相比，可以將噴出速度提高約40％，同時(shí)得以實(shí)現(xiàn)25～30kHz左右的噴出頻率應(yīng)答性。
下面參照?qǐng)D8A至8E和圖9A至9E，簡(jiǎn)單地說(shuō)明具有以上結(jié)構(gòu)的液體噴出頭1的制造方法。
液體噴出頭1的制造方法按照下述工序進(jìn)行，這些工序包括形成元件基板11的第1工序；用于在元件基板11上分別形成構(gòu)成油墨流路的下樹(shù)脂層42和上樹(shù)脂層41的第2工序；用于在上樹(shù)脂層41上形成所需的噴嘴圖案的第3工序；在該樹(shù)脂層的側(cè)面形成傾斜的第4工序；在下樹(shù)脂層42上形成所需噴嘴圖案的第5工序。
進(jìn)而，在該液體噴出頭1的制造方法中，再通過(guò)下述工序來(lái)制造液體噴出頭1，這些工序包括在上、下樹(shù)脂層41、42上形成構(gòu)成噴出孔基板12的被覆樹(shù)脂層43的第6工序；在被覆樹(shù)脂層43上形成噴出口部26的第7工序；在元件基板11上形成供給口36的第8工序；將上、下樹(shù)脂層41、42溶解出來(lái)的第9工序。
第1工序是用于形成元件基板11的基板形成工序，如圖8A和圖9A所示，在例如Si芯片的主面上通過(guò)圖案形成處理等來(lái)形成多個(gè)加熱器20以及用于向這些加熱器20施加電壓的預(yù)定的配線，然后形成用于被覆加熱器20以便提高其蓄熱擴(kuò)散性的絕緣膜21，最后設(shè)置用于被覆絕緣膜21以便保護(hù)主面以使其不受在氣泡消失時(shí)產(chǎn)生的空穴的影響的保護(hù)膜22，從而形成了元件基板11。
第2工序是涂布工序，如圖8B、圖9B和圖9C所示，連續(xù)地利用旋轉(zhuǎn)涂法在元件基板11涂布下樹(shù)脂層42和上樹(shù)脂層41，這兩層樹(shù)脂都是可以通過(guò)使用作為波長(zhǎng)在330nm以下的紫外光的深UV光(下文稱為DUV光)照射來(lái)使其分子中的化學(xué)鍵破壞，從而轉(zhuǎn)變成可以溶解的樹(shù)脂層。在該涂布工序中，通過(guò)使用由于脫水縮合反應(yīng)而引起熱交聯(lián)的樹(shù)脂材料作為下樹(shù)脂層42，可以使得，在用旋轉(zhuǎn)涂布上樹(shù)脂層41時(shí)，能夠防止下樹(shù)脂層42和上樹(shù)脂層41的各樹(shù)脂層之間的相互熔融。作為下樹(shù)脂層42，可以使用例如把通過(guò)甲基丙烯酸甲酯(MMA)與甲基丙烯酸(MAA)進(jìn)行自由基聚合而獲得的二元共聚物(P(MMA-MAA)＝90∶10)用環(huán)己酮溶劑溶解而形成的溶液。另外，作為上樹(shù)脂層41，例如可以使用通過(guò)將聚甲基·異丙烯基酮(PMIPK)用環(huán)己酮溶劑溶解而獲得的溶液。通過(guò)作為下樹(shù)脂層42使用的二元共聚物(P(MMA-MAA))的脫水縮合反應(yīng)來(lái)形成熱交聯(lián)膜的化學(xué)反應(yīng)式示于圖11中。該脫水縮合反應(yīng)通過(guò)在180～200℃的溫度下加熱30分鐘～2小時(shí)來(lái)進(jìn)行，這樣可以形成較牢固的交聯(lián)膜。應(yīng)予說(shuō)明，該交聯(lián)膜本來(lái)是溶劑不溶型的，但是通過(guò)用DUV光等的電子射線照射，引起了如圖11所記載的分解反應(yīng)并使其低分子化，從而使得，只有被電子射線照射的區(qū)域才成為溶劑可溶性的。
第3工序是圖案形成工序，如圖8B和圖9D所示，使用一種用于照射DUV光的曝光裝置，在該曝光裝置上安裝有作為波長(zhǎng)選擇手段的能夠阻斷波長(zhǎng)小于260nm的DUV光的濾光片，通過(guò)照射一種只透過(guò)260nm波長(zhǎng)以上，波長(zhǎng)在260～330nm附近的近紫外光(下文稱NUV光)來(lái)使上樹(shù)脂層41曝光和顯影，借此來(lái)在上樹(shù)脂層41上形成所需的噴嘴圖案。在該第3工序中，當(dāng)在上樹(shù)脂層上形成噴嘴圖案時(shí)，對(duì)于上樹(shù)脂層41和下樹(shù)脂層42，二者對(duì)波長(zhǎng)在260～330nm附近的NUV光的感光度之比為約40∶1以上的差異，因此下樹(shù)脂層42不感光，所以下樹(shù)脂層42的P(MMA-MAA)不會(huì)分解。另外，由于下樹(shù)脂層42是熱交聯(lián)膜，所以不會(huì)溶解在使上樹(shù)脂層顯影時(shí)的顯像液中。圖12中示出了下樹(shù)脂層42和上樹(shù)脂層41二者在210～330nm波段的材料吸收光譜曲線。
第4工序是如圖8B和圖9D所示，通過(guò)對(duì)已進(jìn)行了圖案形成處理的上樹(shù)脂層41在140℃的溫度下加熱5-20分鐘，以便能夠在該上樹(shù)脂層的側(cè)面形成10～40°的傾斜。該傾斜角度與上述圖案的體積(形狀·膜厚)和加熱溫度·時(shí)間有關(guān)，可以在上述角度范圍內(nèi)控制為指定的角度。
第5工序是用于形成圖案的圖案形成工序，如圖8B和圖9E所示，利用上述的曝光裝置照射波長(zhǎng)為210～330nm的DUV光，通過(guò)使下樹(shù)脂層曝光和顯影來(lái)在下樹(shù)脂層42上形成所需的噴嘴圖案。另外，在下樹(shù)脂層42中使用的P(MMA-MAA)材料的析像力高，即使其厚度為5～20μm左右，也能形成一種側(cè)壁的傾斜角為0～5度左右的溝槽結(jié)構(gòu)。另外，如果需要，可以將圖案形成后的樹(shù)脂層42加熱至120～140℃左右；這樣可以使該下樹(shù)脂層42的側(cè)壁形成更為傾斜的形狀。
第6工序是涂布工序，在已形成了噴嘴圖案的、能夠利用DUV光來(lái)破壞其分子中的交聯(lián)鍵從而使其變成可溶性的上樹(shù)脂層41和下樹(shù)脂層42上，如圖10A所示，涂布一層用于構(gòu)成噴出孔基板12的透明被覆樹(shù)脂層43。
第7工序是像圖8C和圖10B所示那樣，利用曝光裝置在上述被覆樹(shù)脂層43上照射紫外光，通過(guò)使相當(dāng)于噴出口部26的那部分樹(shù)脂曝光和顯影來(lái)將其除去，從而形成噴出孔基板12。在該噴出孔基板12上形成的噴出口部26的側(cè)壁的傾斜度，優(yōu)選是相對(duì)于與元件基板垂直的平面形成盡可能在0°附近的角度。但是，只要在0～10°左右，就不會(huì)使液滴的噴出特性發(fā)生問(wèn)題。
第8工序是像圖8D和圖10C所示那樣，通過(guò)對(duì)元件基板11的里面進(jìn)行化學(xué)蝕刻處理等在元件基板11上形成供給口36。作為化學(xué)蝕刻處理，例如可以使用強(qiáng)堿性溶液(KOH、NaOH、TMAH)進(jìn)行各向異性的蝕刻處理。
第9工序是像圖8E和圖10D所示那樣，通過(guò)從元件基板11的主表面一側(cè)，透過(guò)被覆樹(shù)脂層43照射波長(zhǎng)為330nm以下的DUV光，使位于元件基板11和噴出孔基板12之間作為噴嘴型材的上、下樹(shù)脂層41、42分別經(jīng)由供給口36溶解出來(lái)。
這樣便能獲得具備噴嘴27的芯片，而所說(shuō)的噴嘴27具有噴出口26a和供給口36以及將二者連通的供給流路32，并在該供給流路32中具有形成臺(tái)階高差狀的控制部33。通過(guò)將該芯片與用于驅(qū)動(dòng)加熱器20的配線基板(圖中未示出)等進(jìn)行電連接，便能獲得液體噴出頭。
另外，按照上述液體噴出頭1的制造方法，所說(shuō)的上樹(shù)脂層41和下樹(shù)脂層42可以利用DUV光破壞其分子中的交聯(lián)鍵，從而變成可溶性的樹(shù)脂層，通過(guò)將上樹(shù)脂層41和下樹(shù)脂層42制成相對(duì)于元件基板11的厚度方向?yàn)殡A梯狀的結(jié)構(gòu)，就可以在噴嘴27內(nèi)形成具有三級(jí)以上臺(tái)階高差狀的控制部。例如，使用一種對(duì)波長(zhǎng)在400nm以上的光具有感光度的樹(shù)脂材料構(gòu)成處于上樹(shù)脂層上側(cè)的更上層，就能形成多階段的噴嘴結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施方式中所說(shuō)的液體噴出頭1的制造方法優(yōu)選是基本上根據(jù)特開(kāi)平4-10940號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平4-10941號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的噴墨記錄方法作為油墨噴出手段的液體噴出頭的制造方法。在上述各公報(bào)中提供的方法是使由加熱器產(chǎn)生的氣泡與大氣相通的墨滴噴出方法，這些公報(bào)還提供了能夠噴出例如50pl以下這樣微少量的墨滴的液體噴出頭。
在液體噴出頭1中，由于氣泡與大氣相通，因此，從噴出口26a噴出的墨滴的體積，與位于加熱器20和噴出口26a之間的油墨體積即填充在發(fā)泡室31內(nèi)的油墨體積有很大的依賴關(guān)系。換句話說(shuō)，噴出的墨滴的體積大體上由液體噴出頭1的噴嘴27的發(fā)泡室31部分的結(jié)構(gòu)決定。
因此，液體噴出頭1可以輸出不存在油墨深淺不勻的高質(zhì)量的圖像。本發(fā)明中所說(shuō)的液體噴出頭由于具有可使氣泡與大氣相通的結(jié)構(gòu)，因此，當(dāng)將其用于在加熱器和噴出口之間的最短距離在30μm以下的液體噴出頭時(shí)，可以獲得最大的效果，但是，只要是能使墨滴沿著與設(shè)置有加熱器的元件基板的主面相垂直的方向飛翔的液體噴出頭，則作任一種噴出頭都有效地起作用。
如上所述，液體噴出頭1由于設(shè)置有圓錐臺(tái)形的第2發(fā)泡室31b，因此，沿著從元件基板11至噴出口26a的方向，一邊使油墨的體積逐漸地減少，一邊進(jìn)行整流，所以在噴出口26a的附近，當(dāng)液滴飛翔時(shí)，飛翔的液滴相對(duì)于元件基板11垂直地飛翔。另外，由于設(shè)置有用于控制發(fā)泡室31內(nèi)的油墨的流動(dòng)狀態(tài)的控制部33，固此能使噴出的墨滴的體積穩(wěn)定化，從而提高墨滴的噴出效率。
(第2實(shí)施方式)在第1實(shí)施方式中，在第1發(fā)泡室31a上平面形成圓錐臺(tái)形的第2發(fā)泡室31b，該第2發(fā)泡室31b的結(jié)構(gòu)是其側(cè)壁相對(duì)于與元件基板11的主面相垂直的平面呈10-45°的角度傾斜，并且沿噴出口部26的方向逐漸縮小，但是，第2實(shí)施方式的液體噴出頭2具有能使填充在發(fā)泡室內(nèi)的油墨更容易流向噴出口的結(jié)構(gòu)。應(yīng)予說(shuō)明，在該液體噴出頭2中，對(duì)于與上述液體噴出頭1相同的部件均標(biāo)上相同的符號(hào)，但省略了說(shuō)明。
在第2實(shí)施方式的液體噴出頭2中，與第1實(shí)施方式同樣，發(fā)泡室56具有可借助加熱器20的作用而產(chǎn)生氣泡的第1發(fā)泡室56a以及配置于從上述第1發(fā)泡室56a至噴出口部53的途中的第2發(fā)泡室56b，該第2發(fā)泡室56b的側(cè)壁相對(duì)于與元件基板11的主面垂直的平面，構(gòu)成10-45°的傾斜，并且沿噴出口部53的方向逐漸縮小，另外，在第1發(fā)泡室56a中，用于把多個(gè)排列在一起的第1發(fā)泡室56a個(gè)別地分隔開(kāi)而設(shè)置的壁面，相對(duì)于與元件基板11的主面垂直的平面按0-10°的傾斜沿噴出口方向逐漸縮小，而在噴出口部53中，其壁面相對(duì)于與元件基板11的主面垂直的平面按0-5°的傾斜沿噴出口53a的方向逐漸縮小。
如圖13和圖14所示，液體噴出頭2的噴出孔基板52由樹(shù)脂材料形成，其厚度為30μm左右。噴出孔基板52象前面參照?qǐng)D1說(shuō)明的那樣，它具有用于噴出墨滴的多個(gè)噴出口53a、用于使油墨流動(dòng)的多個(gè)噴嘴54以及用于向各個(gè)噴嘴54供給油墨的供給室55。
噴嘴54具有噴出口部53、發(fā)泡室56和供給流路57，其中，噴出口部53具有用于噴出液滴的噴出口53a；發(fā)泡室56通過(guò)作為噴出能量發(fā)生元件的加熱器20的作用而在其內(nèi)部的液體中產(chǎn)生氣泡；供給流路57用于向發(fā)泡室56供給液體。
發(fā)泡室56包括第1發(fā)泡室56a和第2發(fā)泡室56b，其中，第1發(fā)泡室56a以元件基板11的主面作為底平面并與供給流路57相連通，它通過(guò)加熱器20的作用而在其內(nèi)部的液體中產(chǎn)生氣泡；第2發(fā)泡室56b設(shè)計(jì)成與平行于第1發(fā)泡室56a的元件基板11的主面的上平面的開(kāi)口相連通，從而允許第1發(fā)泡室56a中產(chǎn)生的氣泡在第2發(fā)泡室56b中成長(zhǎng)；噴出口部53設(shè)計(jì)成與第2發(fā)泡室56b的上平面的開(kāi)口相連通，并且在噴出口部53的側(cè)壁面與第2發(fā)泡室56b的側(cè)壁面之間存在臺(tái)階高差。
噴出口53a形成于與元件基板11上的加熱器20相對(duì)向的位置，成為一個(gè)直徑例如為15μm左右的圓孔。另外，噴出口53a也可根據(jù)噴出特性上的需要，形成一種放射狀的大體上呈星形的開(kāi)口。
第1發(fā)泡室56a與噴出口53a對(duì)向的底平面大體上按矩形形成。另外，第1發(fā)泡室56a的形成應(yīng)使得與元件基板11的主面平行的加熱器20的主面與噴出口53a之間的最短距離OH在30μm以下。加熱器20象參照?qǐng)D1說(shuō)明的那樣在元件基板11上按多個(gè)排列，當(dāng)其排列密度為600dpi的場(chǎng)合，各加熱器的間距約為42.5μm。當(dāng)?shù)?發(fā)泡室56a沿加熱器排列方向的寬度為35μm時(shí)，用于將各加熱器隔開(kāi)的噴嘴器壁的寬度約為7.5μm。第1發(fā)泡室56a從元件基板11的表面算起的高度為10μm。在第1發(fā)泡室56a上平面形成的第2發(fā)泡室56b的高度為15μm，在噴出孔基板52上形成的噴出口部53的高度為5μm。噴出口53a的形狀為圓形，其直徑為15μm。第2發(fā)泡室56b的形狀為圓錐臺(tái)形，當(dāng)它與第1發(fā)泡室56a連接的底平面的直徑為30μm的場(chǎng)合，將第2發(fā)泡室的側(cè)壁形成20°的傾斜，噴出口部53側(cè)的上平面的直徑為19μm。而且它按照具有約2μm的臺(tái)階高差與直徑15μm的噴出口部53相連接。
當(dāng)在第2發(fā)泡室的上面形成噴出口部的場(chǎng)合，由于會(huì)發(fā)生制法上的公差，因此，上述臺(tái)階高差就是為了使第2發(fā)泡室與噴出口部穩(wěn)定地連通而設(shè)置的設(shè)計(jì)尺寸。因此，噴出口部的中心軸與第2發(fā)泡室的上平面的中心軸不必一致。
在第1發(fā)泡室56a中產(chǎn)生的氣泡朝著第2發(fā)泡室56b和供給流路57兩個(gè)方向成長(zhǎng)，而填充在噴嘴54內(nèi)的油墨在噴出口部53中被整流，然后從配置在噴出孔基板上的噴出口53a中飛翔出來(lái)。
供給流路57按照其一端與發(fā)泡室56連通，而另一端與供給室55連通的方式形成。
此處，第2發(fā)泡室56b的側(cè)壁設(shè)計(jì)成傾斜狀，第1發(fā)泡室56a的側(cè)壁也設(shè)計(jì)成傾斜狀，這樣就可以借助于在第1發(fā)泡室56a內(nèi)發(fā)生氣泡，促使填充在噴嘴內(nèi)的油墨以更高的效率向噴出口部53移動(dòng)。然而，第1發(fā)泡室56a、第2發(fā)泡室56b和噴出口部53都是用光刻法形成的，這樣雖然能夠以較高精度完成，但是不一定能完全無(wú)偏差地形成，有可能產(chǎn)生超微水平的定位誤差。因此，為了使油墨能夠沿著與元件基板11的主面垂直的方向筆直地飛翔，在噴出口部53處必須將油墨的飛翔方向正確地整流。為此，噴出口部53的側(cè)壁的取向優(yōu)選盡可能地平行于與元件基板11的主面垂直的方向，也就是接近于0°的值。
但是，為了使飛翔的墨滴變得更小，噴出口的開(kāi)口面積必須做得更小，其結(jié)果，噴出口部53的高度(長(zhǎng)度)對(duì)開(kāi)口之比增大，因此使得在該部分的油墨的粘性阻力明顯增加，從而導(dǎo)致飛翔墨滴的噴出特性劣化。因此，第2實(shí)施方式的液體噴出頭2的結(jié)構(gòu)使得，在第1發(fā)泡室中產(chǎn)生的氣泡在到達(dá)第2發(fā)泡室后能較容易地成長(zhǎng)，而且填充在噴嘴內(nèi)的油墨在第2發(fā)泡室中的流動(dòng)性也良好，并且能對(duì)飛翔油墨的噴出方向起到整流作用。此處，既與從元件基板11的表面至噴出口53a的距離有關(guān)，而且也與第2發(fā)泡室的高度有關(guān)，該第2發(fā)泡室的高度優(yōu)選為3～25μm左右，更優(yōu)選為5～15μm左右。另外，噴出口部53的長(zhǎng)度優(yōu)選為1～10μm左右，更優(yōu)選為1～3μm左右。
另外，如圖13所示，噴嘴54具有直線狀，其中，與油墨流動(dòng)的方向垂直、同時(shí)與元件基板11的主面平行的流路的寬度，從供給室55開(kāi)始至貫穿發(fā)泡室56為止基本上是恒定的。另外，噴嘴54與元件基板11的主面對(duì)向的內(nèi)壁面，從供給室55開(kāi)始至貫穿發(fā)泡室56為止，形成與元件基板11的主面平行的形狀。
對(duì)于具有上述結(jié)構(gòu)的液體噴出頭2，下面說(shuō)明從噴出口53a噴出油墨的動(dòng)作。
首先，在液體噴出頭2中，由供給口36和供給室55內(nèi)的油墨分別供給到第1和第2列噴嘴的各噴嘴54中。供給到各噴嘴54中的油墨沿著供給流路57流動(dòng)并填充到發(fā)泡室56內(nèi)。借助于由加熱器20引起的膜沸騰所導(dǎo)致產(chǎn)生的氣泡的成長(zhǎng)壓力，使得填充到發(fā)泡室56內(nèi)的油墨沿著大體上與元件基板11的主面垂直的方向飛翔，最后成為墨滴從噴出口53a噴出。
當(dāng)填充在發(fā)泡室56內(nèi)的油墨向外噴出時(shí)，發(fā)泡室56內(nèi)的油墨的一部分由于受到在發(fā)泡室56內(nèi)產(chǎn)生的氣泡的壓力的作用而向供給流路57一側(cè)流動(dòng)。在液體噴出頭2中，在第1發(fā)泡室56a中產(chǎn)生的氣泡的壓力也立即傳送到第2發(fā)泡室56b中，于是使得第1和第2發(fā)泡室56a、56b的油墨都向第2發(fā)泡室56b內(nèi)移動(dòng)。這時(shí)，由于內(nèi)壁是傾斜的，因此在第1和第2發(fā)泡室56a、56b內(nèi)成長(zhǎng)的氣泡可以減少由于與內(nèi)壁接觸所引起的壓力損失，從而能在向噴出口53a移動(dòng)時(shí)很好地成長(zhǎng)。然后，在噴出口部53中被整流了的油墨從配置于噴出孔基板52上的噴出口53a噴出，并沿著與元件基板11的主面垂直的方向飛翔。另外，也能良好地確保墨滴的噴出體積。因此，液體噴出頭2可以使得從噴出口53a噴出的墨滴的噴出速度高速化。
因此，與傳統(tǒng)的液體噴出頭相比，液體噴出頭2可以提高根據(jù)噴出速度和噴出體積算出的墨滴的運(yùn)動(dòng)能量，從而可以提高噴出效率，同時(shí)，與上述的液體噴出頭1同樣地能使噴出頻率特性高速化。
下面簡(jiǎn)單地說(shuō)明具有上述結(jié)構(gòu)的液體噴出頭2的制造方法。液體噴出頭2的制造方法與上述液體噴出頭1的制造方法基本上相同，因此，對(duì)于同一種部件就注上相同的符號(hào)，同時(shí)對(duì)于相同的工序就省略了說(shuō)明。
液體噴出頭2的制造方法，根據(jù)上述液體噴出頭1的制造方法第1工序是用于形成元件基板11的基板形成工序，如圖8A和圖9A所示，例如在Si芯片上通過(guò)圖案形成處理等來(lái)形成多個(gè)加熱器20以及用于向這些加熱器20施加電壓的預(yù)定的配線。
第2工序是涂布工序，如圖8B、圖9B和圖9C所示，就是連續(xù)地利用旋轉(zhuǎn)涂布方法在元件基板11上涂布下樹(shù)脂層42和上樹(shù)脂層41，這兩層樹(shù)脂層都是可以通過(guò)使用作為波長(zhǎng)在330μm以下的紫外光的DUV光照射來(lái)使其分子中的化學(xué)鍵破壞，從而轉(zhuǎn)變成可以溶解的樹(shù)脂層。下樹(shù)脂層42的膜厚為10μm，上樹(shù)脂層41的膜厚為15μm。
第3工序是圖案形成工序，如圖8B和圖9D所示，使用一種用于照射DUV光的曝光裝置，在該曝光裝置上安裝有作為只允許波長(zhǎng)在260μm以上的光線透過(guò)的波長(zhǎng)選擇手段，能夠阻斷波長(zhǎng)小于260μm的DUV光的濾光片，通過(guò)照射波長(zhǎng)為260～330μm附近的DUV光來(lái)使上樹(shù)脂層41曝光和顯影，借此來(lái)在上樹(shù)脂層41上形成所需的噴嘴圖案。
第4工序是如圖8B和圖9D所示，通過(guò)對(duì)已進(jìn)行了圖案形成處理的上樹(shù)脂層41在140℃的溫度下加熱10分鐘，以便在該上樹(shù)脂層41的側(cè)面形成20°的傾斜。
第5工序是圖案形成工序，如圖8B和圖9E利用上述曝光裝置照射波長(zhǎng)為210～330nm的DUV光，通過(guò)使下樹(shù)脂層42曝光和顯影來(lái)在下樹(shù)脂層42上形成所需的噴嘴圖案。
第6工序是涂布工序，在形成噴嘴圖案后的、能夠利用DUV光來(lái)破壞分子中的交聯(lián)鍵從而使其變成可溶性的上樹(shù)脂層41和下樹(shù)脂層42上，如圖10A所示，涂布一層用于構(gòu)成噴出孔基板12的透明被覆樹(shù)脂層43。該被覆樹(shù)脂層43的膜厚為30μm。
第7工序是象圖8C和圖10B所示那樣，利用曝光裝置在上述被覆樹(shù)脂層43上照射紫外光，通過(guò)使相當(dāng)于噴出口部53的那部分樹(shù)脂曝光和顯影來(lái)將其除去，從而形成噴出孔基板12。該噴出口部53的長(zhǎng)度為5μm。
第8工序是像圖8D和圖10C所示那樣，通過(guò)對(duì)元件基板11的里面進(jìn)行化學(xué)蝕刻處理等在元件基板11上形成供給口36。作為化學(xué)蝕刻處理，例如可以使用強(qiáng)堿性溶液(KOH、NaOH、TMAH)進(jìn)行各向異性的蝕刻處理。
第9工序是像圖8E和圖10D所示那樣，通過(guò)從元件基板11的主表面一側(cè)，透過(guò)被覆樹(shù)脂層43照射波長(zhǎng)為330nm以下的DUV光，使位于元件基板11和噴出孔基板12之間作為噴嘴模塑材料的上、下樹(shù)脂層41、42分別溶解出來(lái)。
這樣便能夠獲得具備噴嘴54的芯片，而所說(shuō)的噴嘴54則具有噴出口53a和供給口36以及將二者連通的供給流路57，并在該供給流路57中具有形成臺(tái)階高差狀的控制部58。通過(guò)將該基片與用于驅(qū)動(dòng)加熱器20的配線基板(圖中未示出)等進(jìn)行電連接，便能獲得液體噴出頭2。
如上所述，液體噴出頭2由于設(shè)置有圓錐臺(tái)形的第2發(fā)泡室56b，并且將第1發(fā)泡室56a的壁面設(shè)置成傾斜狀，因此，沿著從元件基板11至噴出口53a的方向，一邊使油墨的體積逐漸減少，一邊進(jìn)行整流，所以在噴出口53a的附近，當(dāng)液滴飛翔時(shí)，飛翔的液滴相對(duì)于元件基板11垂直地飛翔。另外，由于設(shè)置有用于控制發(fā)泡室56內(nèi)的油墨的流動(dòng)狀態(tài)的控制部58，因此能使噴出的墨滴的體積穩(wěn)定化，從而提高墨滴的噴出效率。
(第3實(shí)施方式)下面參照附圖簡(jiǎn)單地說(shuō)明第3實(shí)施方式的液體噴出頭3，注意，液體噴出頭3的第1發(fā)泡室的高度比液體噴出頭2的低，而其第2發(fā)泡室的高度則比液體噴出頭2的高。應(yīng)予說(shuō)明，在該液體噴出頭3中，對(duì)于與上述液體噴出頭1、2相同的部件，標(biāo)上同一種符號(hào)但省略了說(shuō)明。
在第3實(shí)施方式的液體噴出頭3中，與第1實(shí)施方式同樣，發(fā)泡室66具有可借助加熱器20的作用而產(chǎn)生氣泡的第1發(fā)泡室66a以及配置于從上述第1發(fā)泡室66a至噴出口部63的途中的第2發(fā)泡室66b，該第2發(fā)泡室66b的側(cè)壁相對(duì)于與元件基板11的主面垂直的平面，構(gòu)成10～45°的傾斜，并且沿噴出口部63的方向逐漸縮小，另外，在第1發(fā)泡室66a中，用于把多個(gè)排列在一起的第1發(fā)泡室66a個(gè)別地分隔開(kāi)而設(shè)置的壁面，相對(duì)于與元件基板11的主面垂直的平面按0～10°的傾斜朝噴出口方向逐漸縮小，而在噴出口部63中，其壁面相對(duì)于與元件基板11的主面垂直的平面按0～5°的傾斜朝噴出口63a的方向逐漸縮小。
如圖15和圖16所示，液體噴出頭3的噴出孔基板62由樹(shù)脂材料形成，其厚度為30μm左右。噴出孔基板62象前面參照?qǐng)D1說(shuō)明的那樣，它具有用于噴出墨滴的多個(gè)噴出口63a、用于使油墨流動(dòng)的多個(gè)噴嘴64以及用于向各個(gè)噴嘴64供給油墨的供給室65。
噴出口63a形成于與元件基板11上的加熱器20相對(duì)向的位置，成為一個(gè)直徑例如為15μm左右的圓孔。另外，噴出口63a也可根據(jù)噴出特性上的需要，形成一種放射狀的大體上呈星形的開(kāi)口。
第1發(fā)泡室66a與噴出口63a對(duì)向的底平面大體上按矩形狀形成。另外，第1發(fā)泡室66a的形成應(yīng)使得與元件基板11的主面平行的加熱器20的主面與噴出口63a之間的最短距離OH在30μm以下。第1發(fā)泡室66a的上平面從元件基板11的表面算起的高度例如按8μm來(lái)形成。在第1發(fā)泡室66a上面形成為第2發(fā)泡室66b的高度按照18μm來(lái)形成。第2發(fā)泡室66b成為四角錐臺(tái)形的形狀，在第1發(fā)泡室66a一側(cè)的一條邊長(zhǎng)為28μm，其角按R＝2μm來(lái)形成。并且，第2發(fā)泡室66b的側(cè)壁相對(duì)于與元件基板11的主面垂直的平面具有15°的傾斜，以便使該側(cè)壁在朝向噴出口部63一側(cè)逐漸縮小。而且，第2發(fā)泡室66b的上平面與直徑為15μm的噴出口部63按照最少約為1.7μm的臺(tái)階高差相連通。
在噴出孔基板62上形成的噴出口部63的高度為4μm。噴出口63a的形狀為圓形，直徑為15μm。
在第1發(fā)泡室66a中產(chǎn)生的氣泡朝著第2發(fā)泡室66b和供給流路67兩個(gè)方向成長(zhǎng)，而填充在噴嘴64內(nèi)的油墨在噴出口部63中被整流，然后從配置在噴出孔基板62上的噴出口63a飛翔出來(lái)。
供給流路67按照其一端與發(fā)泡室66連通，而另一端與供給室65連通的方式形成。
第1發(fā)泡室66a在元件基板上形成。由于使其高度降低，因此使得由與第1發(fā)泡室66a相鄰接的供給流路67的一端至貫穿第1發(fā)泡室66a的油墨流路的截面積也形成得較小，從而使得在與第2實(shí)施方式的液體噴出頭2的噴嘴54相比時(shí)，其截面積更為減小。
另一方面，由于第2發(fā)泡室66b的高度增高了，因此，在第1發(fā)泡室66a中產(chǎn)生的氣泡的壓力容易傳到第2發(fā)泡室66b中。并且使得該壓力較難從第1發(fā)泡室66a傳到一端與其連通的供給流路67中，從而可以使得油墨向噴出口部63的移動(dòng)變得更快和更有效地進(jìn)行。
另外，噴嘴64為直線形，其在與油墨的流動(dòng)方向垂直同時(shí)與元件基板11的主面平行的流路的寬度，從供給室65至貫穿發(fā)泡室66為止基本上恒定。另外，噴嘴64與元件基板11的主面對(duì)向的內(nèi)壁面，從供給室65至貫穿發(fā)泡室66為止，形成與元件基板11的主面平行的形狀。
對(duì)于具有上述結(jié)構(gòu)的液體噴出頭3，下面說(shuō)明從噴出口63a噴出油墨的動(dòng)作。
首先，在液體噴出頭3中，供給口36和供給室65內(nèi)的油墨分別供給到第1和第2列噴嘴的各噴嘴64中。供給到各噴嘴64中的油墨沿著供給流路67流動(dòng)并填充到發(fā)泡室66內(nèi)。借助于加熱器20引起的膜沸騰所導(dǎo)致產(chǎn)生的氣泡的成長(zhǎng)壓力，使得填充在發(fā)泡室66內(nèi)的油墨沿著大體上與元件基板11的主面垂直的方向飛翔，最后成為墨滴從噴出口63a噴出。
當(dāng)填充在發(fā)泡室66內(nèi)的油墨向外噴出時(shí)，發(fā)泡室66內(nèi)的油墨的一部分由于受到第1發(fā)泡室66a內(nèi)產(chǎn)生的氣泡的壓力的作用而向供給流路67一側(cè)流動(dòng)。在液體噴出頭3中，當(dāng)?shù)?發(fā)泡室66a內(nèi)的油墨的一部分向供給流路67一側(cè)流動(dòng)時(shí)，由于第1發(fā)泡室66a的高底變低，使得供給流路67變狹，因此，對(duì)于從第1發(fā)泡室66a一側(cè)通過(guò)供給流路67而向供給室65一側(cè)流動(dòng)的油墨，供給流路67的流路對(duì)流體的阻力值就增加了。因此，液體噴出頭3能夠更好地抑制填充在發(fā)泡室66內(nèi)的油墨向供給流路67一側(cè)流動(dòng)，所以使得從第1發(fā)泡室66a向第2發(fā)泡室66b的氣泡成長(zhǎng)更為順利，油墨的流動(dòng)性也變得更容易向噴出口一側(cè)流動(dòng)，從而能夠更好地確保油墨的噴出體積。
另外，在液體噴出頭3中，由于從第1發(fā)泡室66a傳送至第2發(fā)泡室66b的氣泡壓力具有更高的效率，而且第1發(fā)泡室66a和第2發(fā)泡室66b的壁面是傾斜的，因此可以抑制當(dāng)?shù)?發(fā)泡室66a和第2發(fā)泡室66b內(nèi)成長(zhǎng)的氣泡在與發(fā)泡室66的內(nèi)壁接觸時(shí)所導(dǎo)致的壓力損失，從而可以使氣泡良好地成長(zhǎng)。因此，液體噴出頭3可以加快從噴出口63a噴出的油墨的噴出速度。
使用上述的液體噴出頭3可以使第1發(fā)泡室66a和第2發(fā)泡室66b內(nèi)的油墨的移動(dòng)變得更快，并能較好地減小阻力，而且，由于噴出口部的長(zhǎng)度變短，因此，與液體噴出頭1、2相比，油墨的整流作用可以更迅速地進(jìn)行，從而可以進(jìn)一步地提高油墨的噴出效率。
(第4實(shí)施方式)最后，在上述的液體噴出頭1至3中，第1列噴嘴16和第2列噴嘴17的各噴嘴都是等同地形成，但是，第4實(shí)施方式的液體噴出頭4，其第1列噴嘴和第2列噴嘴的形狀和加熱器的面積都互不相同，下面參照附圖來(lái)說(shuō)明液體噴出頭4。
如圖17A、17B所示，在具備液體噴出頭4的元件基板96上分別地設(shè)置有與元件基板主面平行的面積互不相同的第1和第2加熱器98、99。
另外，在液體噴出頭4的噴出孔基板97上，第1和第2列噴嘴101、102按照各自的噴出口106、107的開(kāi)口面積和各噴嘴的形狀互不相同地形成。第1列噴嘴101的各噴出口106形成為圓形孔。該第1列噴嘴101的各個(gè)噴嘴與上述液體噴出頭2的結(jié)構(gòu)相同，故省略其說(shuō)明，但是，為了改善在發(fā)泡室內(nèi)油墨的流動(dòng)，在第1發(fā)泡室上形成第2發(fā)泡室109。另外，第2列噴嘴102的各噴出口107按放射狀形成略帶星形的形狀。該第2列噴嘴102的各個(gè)噴嘴按照從發(fā)泡室至噴出口的油墨流路的截面積沒(méi)有變化地形成為直線狀。
另外，在元件基板96上設(shè)置有用于向第1和第2列噴嘴101、102供給油墨的供給口104。
噴嘴內(nèi)的油墨的流動(dòng)是由從噴出口飛翔出來(lái)的墨滴的體積Vd所導(dǎo)致的，在墨滴飛出來(lái)之后，彎液面的恢復(fù)作用是借助于由噴出口的開(kāi)口面積所產(chǎn)生的毛細(xì)管力來(lái)進(jìn)行的。此處，如果以噴出口的開(kāi)口面積為S0、以噴出口開(kāi)口邊緣的外周長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，以油墨的表面張力為γ，以油墨與噴嘴內(nèi)壁的接觸角為θ，則毛細(xì)管力P可用下式P＝γcosθ×L1/S0表示。另外，假設(shè)彎液面只是由于飛翔的墨滴的體積Vd所導(dǎo)致的，該液面能在噴出頻率時(shí)間(補(bǔ)充時(shí)間t)后恢復(fù)，則P＝B×(Vd/t)的關(guān)系成立。
如果使用液體噴出頭4，則第1和第2列噴嘴101、102的第1和第2加熱器98、99的面積以及噴出口106、107的開(kāi)口面積互不相同，因此可以從單一液體噴出頭4飛翔出噴出體積各異的墨滴。
另外，液體噴出頭4，作為從第1和第2列噴嘴101、102噴出的油墨物性值的表面張力、粘度、PH是相同時(shí)，與各噴嘴的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，作為慣性A和粘性阻力B的物理量可根據(jù)從各噴出口106、107噴出的墨滴的噴出體積來(lái)設(shè)定，從而可以使第1和第2列噴嘴101、102的噴出頻率響應(yīng)性基本相等。
也就是說(shuō)，在液體噴出頭4中，當(dāng)從第1和第2列噴嘴101、102分別噴出的各墨滴的噴出量例如為4.0(p1)和1.0(pl)的場(chǎng)合，所謂各噴嘴系列101、102的補(bǔ)充時(shí)間t基本上相等，就是和噴出口106、107的開(kāi)口邊緣的外周L1與噴出口106、107的開(kāi)口面積S0之比L1/S0與粘性阻力B基本上相等具有同樣的含義。
下面參照

具有上述結(jié)構(gòu)的液體噴出頭4的制造方法。
在液體噴出頭4的制造方法中，除了在上、下樹(shù)脂層41、42上分別形成噴嘴圖案的各圖案形成工序之外，其他工序皆與上述液體噴出頭1、2的制造方法相同。液體噴出頭4的制造方法，在圖案形成工序中，如圖18A、圖18B和圖18C所示，在元件基板96上分別形成了上、下樹(shù)脂層41、42之后，如圖18D和圖18E所示，在第1和第2列噴嘴101和102上分別形成所需的各個(gè)噴嘴圖案。也就是說(shuō)，第1和第2列噴嘴101、102的各噴嘴圖案相對(duì)于供給口104各自按照非對(duì)稱的方式來(lái)形成。也就是說(shuō)，在液體噴出頭4的制造方法中，僅僅部分地改變了上、下樹(shù)脂層41、42的噴嘴圖案的形狀，就能較容易地形成液體噴出頭4。如圖19A至19D所示以后的工序與第1實(shí)施方式中所說(shuō)明的工序相同，故省略了說(shuō)明。
按照上述的液體噴出頭4，通過(guò)將第1和第2列噴嘴101、102各個(gè)噴嘴按照互不相同的結(jié)構(gòu)來(lái)形成，可以使得從各噴嘴系列101、102中分別噴出其噴出體積互不相同的各種墨滴，從而可以容易地以一種能夠達(dá)到高速化的最優(yōu)頻率穩(wěn)定地噴出墨滴。
另外，按照液體噴出頭4，由于利用毛細(xì)管力來(lái)調(diào)整流動(dòng)阻力的平衡，因此在利用恢復(fù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行恢復(fù)動(dòng)作時(shí)，可以將油墨均勻而且迅速地吸引上來(lái)，同時(shí)可以簡(jiǎn)單地構(gòu)成該恢復(fù)機(jī)構(gòu)，因此可以提高液體噴出頭4的噴出特性的可靠性，從而能夠提供一種記錄動(dòng)作的可靠性、高的記錄裝置。
(發(fā)明效果)如上所述，按照本發(fā)明中所說(shuō)的液體噴出頭，可以使得在第1發(fā)泡室內(nèi)產(chǎn)生的氣泡向第2發(fā)泡室內(nèi)成長(zhǎng)，并能使噴嘴內(nèi)的油墨通過(guò)第2發(fā)泡室和噴出口部，作為飛翔的墨滴噴出，而且可以使噴出量穩(wěn)定化和提高噴出效率。
另外，本發(fā)明中所說(shuō)的液體噴出頭可以抑制由于在第1發(fā)泡室內(nèi)產(chǎn)生的氣泡與第2發(fā)泡室的內(nèi)壁接觸所導(dǎo)致的壓力損失，因此可以使發(fā)泡室內(nèi)的油墨的流動(dòng)迅速而高效地進(jìn)行，從而可以達(dá)到噴出效率的提高和補(bǔ)充速度的高速化。
權(quán)利要求
1.一種液體噴出頭，它具備用于產(chǎn)生為了噴出液滴所需能量的噴出能量發(fā)生元件；在主面上設(shè)置有上述噴出能量發(fā)生元件的元件基板；具有用于噴出液滴的噴出口的噴出口部，具有借助于上述噴出能量發(fā)生元件而在內(nèi)部液體中產(chǎn)生氣泡的發(fā)泡室以及用于向上述發(fā)泡室供給液體的供給流路的噴嘴，用于向噴嘴供給液體的供給室，和與上述元件基板的主面接合的噴出孔基板；其特征在于上述發(fā)泡室包括第1發(fā)泡室和第2發(fā)泡室，其中，上述第1發(fā)泡室以上述元件基板的主面作為底平面并與上述供給流路相連通，而且借助于上述噴出能量發(fā)生元件的作用而在第1發(fā)泡室內(nèi)部的液體中產(chǎn)生氣泡；上述第2發(fā)泡室與上述第1發(fā)泡室連通并且與上述噴出口部連通，按照與上述基板垂直的方向，上述第2發(fā)泡室下平面的中心軸與上平面的中心軸一致，而且第2發(fā)泡室相對(duì)于其中心軸的上平面的截面積比下平面的截面積小，并且從上述第2發(fā)泡室的下平面至上平面，沿中心軸方向的截面積連續(xù)地變化；而且，上述第2發(fā)泡室相對(duì)于其中心軸的上平面的截面積比上述噴出口部相對(duì)于其中心軸的截面積大。
2.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，上述第2發(fā)泡室的側(cè)壁面相對(duì)于與上述元件基板主面垂直的平面，形成10～45°的傾斜，并且，從上述第2發(fā)泡室的下平面至上平面沿中心軸方向的截面積連續(xù)地變化。
3.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，上述第1發(fā)泡室被用于將按平行狀態(tài)排列的多個(gè)上述噴嘴分隔成各個(gè)噴嘴的噴嘴壁從3個(gè)方向包圍著，并且上述噴出口部的壁面相對(duì)于與上述元件基板主面相垂直的平面，是平行的。
4.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，上述第1發(fā)泡室被用于將按平行狀態(tài)排列的多個(gè)上述噴嘴分隔成各個(gè)噴嘴的噴嘴壁從3個(gè)方向包圍著，并且上述噴出口部的壁面相對(duì)于與上述元件基板主面相垂直的平面，具有10°以下的傾斜度。
5.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，上述供給流路靠近上述供給室一側(cè)與上述元件基板的主面平行的上平面，高于與上述第1發(fā)泡室的上平面為同一平面并連續(xù)起來(lái)的上述供給流路的上平面，并且按臺(tái)階高差的方式相互連續(xù)，并且上述供給流路距上述元件基板表面的最大高度，低于從上述元件基板表面至上述第2發(fā)泡室上平面的高度。
6.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，在上述臺(tái)階高差部的附近，上述供給流路在與液體的流動(dòng)方向相垂直的平面上的寬度，沿著上述銳化基板的厚度方向是變化的。
7.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，上述噴嘴按照可使由上述噴出口至上述供給室的流路的截面積分為多個(gè)臺(tái)階變化的方式來(lái)構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，上述噴嘴按照液滴從上述噴出口飛翔出來(lái)的噴出方向與上述供給流路內(nèi)流動(dòng)的液體的流動(dòng)方向相垂直的方式來(lái)形成。
9.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，上述噴嘴按照上述第1發(fā)泡室、第2發(fā)泡室和噴出口部的體積之總和，小于上述供給流路的體積的方式來(lái)形成。
10.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，依靠上述噴出能量發(fā)生元件產(chǎn)生的氣泡在噴出時(shí)與大氣連通。
11.如權(quán)利要求1所述的液體噴出頭，其中，上述噴出孔基板上設(shè)置有多個(gè)分別與上述噴出能量發(fā)生元件對(duì)應(yīng)的噴嘴，該多個(gè)上述噴嘴分為第1列噴嘴和第2列噴嘴，其中，第1列噴嘴按照各噴嘴縱向平行方式排列，而第2列噴嘴按照夾持著上述供給室并與上述第1列噴嘴相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置，并且按照各噴嘴縱向平行方式排列；并且上述第2列噴嘴的上述各噴嘴縱向的中心線，相對(duì)與上述第1列噴嘴的上述各噴嘴縱向的中心線，按照相鄰的上述各噴嘴之間錯(cuò)開(kāi)1/2個(gè)間距的方式來(lái)排列。
12.一種液體噴出頭的制造方法，該液體噴出頭具備用于產(chǎn)生為了噴出液滴所需能量的噴出能量發(fā)生元件；在主面上設(shè)置有上述噴出能量發(fā)生元件的元件基板；具有用于噴出液滴的噴出口的噴出口部，具有借助于上述噴出能量發(fā)出元件而在內(nèi)部液體中發(fā)生氣泡的發(fā)泡室以及用于向上述發(fā)泡室供給液體的供給流路的噴嘴，用于向噴嘴供給液體的供給室，以及與上述元件基板的主面接合的噴出孔基板；其特征在于，在該液體噴出頭的制造方法中具有下列工序在主面上設(shè)置有噴出能量發(fā)生元件的元件基板上，涂布用于形成第1發(fā)泡室和供給流路的下部分圖案的溶劑可溶型的熱交聯(lián)性有機(jī)樹(shù)脂，并對(duì)其加熱以形成熱交聯(lián)膜的工序；在上述熱交聯(lián)膜上涂布用于形成第2發(fā)泡室和上述供給流路的上部分圖案的溶劑可溶型的有機(jī)樹(shù)脂的工序；為了形成上述第2發(fā)泡室和上述供給流路的上部分圖案而使用波長(zhǎng)260～330nm區(qū)域的近紫外線來(lái)對(duì)上述有機(jī)樹(shù)脂進(jìn)行曝光、顯影的工序；把已進(jìn)行了曝光、顯影和圖案形成工序的上述有機(jī)樹(shù)脂在玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下溫度加熱以形成10～45°傾斜的工序；使用210～330nm區(qū)域的深紫外光對(duì)上述熱交聯(lián)膜進(jìn)行曝光、顯影的工序；通過(guò)在上述兩層溶劑可溶型膜形成的流路圖案上涂布負(fù)片型有機(jī)樹(shù)脂并對(duì)其進(jìn)行曝光、顯影、加熱處理，以積層具有噴出口部的噴出孔基板的工序；通過(guò)上述噴出孔基板，向在下層上形成的兩層上述流路形成有機(jī)樹(shù)脂照射深紫外光，然后利用溶劑來(lái)除去上述有機(jī)樹(shù)脂，從而形成用于將液滴噴出的上述噴出口部，具有借助于上述噴出能量發(fā)生元件在液體中產(chǎn)生氣泡的發(fā)泡室、以及用于向上述發(fā)泡室供給液體的供給流路的噴嘴，用于向上述噴嘴供給液體的供給室，以及與上述元件基板的主面結(jié)合的噴出孔基板的工序。
13.權(quán)利要求12所述的液體噴出頭的制造方法，其中，上述第2發(fā)泡室和上述供給流路的上部分圖案，是使用其中上述第2發(fā)泡室的圖案是上述有機(jī)樹(shù)脂的通常析像度的圖案、而且上述供給流路上部分的圖案是上述有機(jī)樹(shù)脂限度析像度以下的圖案的光掩模，并且使用260～330nm區(qū)域的近紫外線，通過(guò)圖案轉(zhuǎn)印來(lái)形成的。
14.如權(quán)利要求12所述的液體噴出頭的制造方法，其中，上述第2發(fā)泡室和上述供給流路上部分的形成是在上述有機(jī)樹(shù)脂的曝光、顯影工序中區(qū)分完全除去樹(shù)脂的區(qū)域、部分除去樹(shù)脂的區(qū)域和完全不除去樹(shù)脂的區(qū)域來(lái)進(jìn)行。
15.如權(quán)利要求14所述的液體噴出頭的制造方法，其中，在上述有機(jī)樹(shù)脂的曝光、顯影工序中，完全不除去樹(shù)脂的區(qū)域形成上述第2發(fā)泡室，部分除去樹(shù)脂的區(qū)域形成上述供給流路的上部分。
16.如權(quán)利要求12所述的液體噴出頭的制造方法，其中，上述第1發(fā)泡室在上述元件基板上的高度為5～20μm，并且按照相對(duì)于與上述元件基板的主面垂直的平面具有0～10°傾斜的方式來(lái)形成。
17.如權(quán)利要求12所述的液體噴出頭的制造方法，其中，用于形成上述第1發(fā)泡室和供給流路的熱交聯(lián)性有機(jī)樹(shù)脂是通過(guò)將以甲基丙烯酸甲酯為主成分與甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯類(lèi)進(jìn)行共聚合得到的材料溶解于涂布溶劑中形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以達(dá)到液滴的噴出速度高速化，液滴的噴出量穩(wěn)定化，而且能夠提高液滴的噴出效率的液體噴出頭及其制造方法。液體噴出頭1具備加熱器20、設(shè)置有加熱器20的元件基板11、具有用于噴出液滴的噴出口26a的噴出口部26、具有發(fā)泡室和用于向發(fā)泡室供給液體的供給流路的噴嘴27、具有用于向噴嘴27供給液體的供給室28的噴出孔基板12；發(fā)泡室包括第1發(fā)泡室31a及其上面的第2發(fā)泡室32b，在發(fā)泡室附近設(shè)置有臺(tái)階高差部構(gòu)成的控制部33。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1472072SQ03146
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月10日
發(fā)明者久保田雅彥, 檜山亙 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社