專利名稱：液體噴出頭的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及例如使油墨滴等液滴噴出，在記錄介質(zhì)上進行記錄用液體噴出頭的制造方法，尤其是涉及進行噴墨記錄的液體噴出頭的制造方法。
背景技術：
噴墨記錄方式，是一種所謂非擊打記錄方式。這種噴墨記錄方式，記錄時產(chǎn)生的噪音小到可忽視的程度，可以高速記錄。而且噴墨記錄方式可以對各種記錄介質(zhì)進行記錄，所謂對普通紙無需特別處理也能固定附著，而且能以廉價得到高精細的圖像。這些優(yōu)點使噴墨記錄方式不僅作為電腦周邊設備的打印機，而且作為復印機、電傳、文字處理器等的記錄手段近年來迅速普及。
一般利用噴墨記錄方式的油墨噴出方法中，作為噴出油墨滴用噴出能量的發(fā)生元件，有例如采用加熱器等電熱轉(zhuǎn)換元件的方法和例如采用壓電元件等壓電元件的方法等，無論那種方法都能用電信號控制油墨滴的噴出。采用電熱轉(zhuǎn)換元件的油墨噴出方法的原理是，通過在電熱轉(zhuǎn)換元件上施加電壓，使電熱轉(zhuǎn)換元件附近的油墨瞬時沸騰，借助于沸騰時油墨相變化急劇產(chǎn)生的氣泡的生長，使油墨高速噴出。另一方面，采用壓電元件的噴墨方法的原理是，通過在壓電元件上施加電壓使壓電元件發(fā)生位置變化，借助于這種位置變化產(chǎn)生的壓力使油墨噴出。
而且采用電熱轉(zhuǎn)換元件的噴墨方法，具有不必確保很大的用于設置噴出能量發(fā)生元件所需的空間，液體噴出頭結構簡單，容易實現(xiàn)噴嘴的高集成化等優(yōu)點。另一方面這種噴墨方法的固有缺點有，使電熱轉(zhuǎn)換元件所產(chǎn)生的熱量等在液體噴出頭內(nèi)蓄熱，使飛翔的油墨滴體積發(fā)生變化，消泡產(chǎn)生的空穴作用對電熱轉(zhuǎn)換元件有不利影響，溶解在油墨中的空氣變成液體噴出頭內(nèi)的殘留氣泡的情況下對油墨滴的噴出特性和圖像質(zhì)量產(chǎn)生不利影響等。
作為解決這些問題的方法，在特開昭54-161935、特開昭61-185455、特開昭61-249768和特開平4-10941等號公報中公開了噴墨記錄方法和液體噴出頭。也就是說，上述公報中公開的噴墨記錄方法的結構是，將電熱轉(zhuǎn)換元件因記錄信號驅(qū)動而產(chǎn)生的氣泡通氣到外部。通過采用這種噴墨記錄方法，能使飛翔的油墨滴體積穩(wěn)定，能以高速噴出微量油墨滴，在消除氣泡消泡時產(chǎn)生的空穴作用的情況下能夠提高加熱器的耐久性等，容易得到進一步高精細的圖像。上述公報中，作為將氣泡向外部通氣的結構，可以舉出將電熱轉(zhuǎn)換元件與噴出口間的最短距離，與過去相比大幅度縮短的結構。
以下說明這種已有的液體噴出頭。已有的液體噴出頭具有，設置了使油墨噴出的電熱轉(zhuǎn)換元件的元件基板，和與這種元件基板結合構成油墨流路的噴出孔基板。噴出孔基板具有噴出油墨液體的多個噴出口、使油墨流動的多個噴嘴和的各噴嘴供給油墨的供給室。噴嘴由借助于電熱轉(zhuǎn)換元件使內(nèi)部油墨產(chǎn)生氣泡的發(fā)泡室，和向此發(fā)泡室供給油墨的供給流路構成。元件基板上設有處于發(fā)泡室內(nèi)設置的電熱轉(zhuǎn)換元件。而且元件基板上還設有從與噴出孔基板鄰接的主面的背面一側向供給室供給油墨用的供給口。此外，噴出孔基板上還設有與元件基板上的電熱轉(zhuǎn)換元件相對位置處的噴出口。
按照以上方式構成的已有液體噴出頭，從供給口向供給室內(nèi)供給的油墨，沿著各噴嘴供給后充填在發(fā)泡室內(nèi)。被充填在發(fā)泡室內(nèi)的油墨，借助于因電熱轉(zhuǎn)換元件而沸騰并產(chǎn)生的氣泡，在與元件基板的主面大體垂直的方向上飛翔，以油墨滴形式從噴出口噴出。
具有上述液體噴出頭的記錄裝置，為輸出更高畫質(zhì)記錄圖像、高品位圖像和高分辨率等，可以考慮記錄速度的高速化。已有的記錄裝置，為使記錄速度高速化，在美國專利第4882595和第6158843號公報中公開了使液體噴出頭的各噴嘴增加飛翔液滴的噴出次數(shù)，也就是說提高噴出頻率的嘗試。
特別是在美國專利第6158843號公報中，提出一種在供給口附近設置使油墨流路局部狹窄的空間和突起狀流體阻抗要素，以改善從供給口至供給流路的油墨流動的結構。
然而，上述的已有液體噴出頭，在噴出油墨滴時，一部分充填在發(fā)泡室內(nèi)的油墨因發(fā)泡室內(nèi)生長的氣泡而對供給流路產(chǎn)生反向擠壓。因此，已有的液體噴出頭中，存在油墨滴的噴出量隨著發(fā)泡室內(nèi)油墨體積的減少而減少的不良現(xiàn)象。
而且已有的液體噴出頭中，當一部分充填在發(fā)泡室內(nèi)的油墨對供給流路產(chǎn)生反向擠壓時，鄰近生長氣泡供給流路側的部分壓力或者外泄至供給流路側，或者因發(fā)泡室內(nèi)的內(nèi)壁與氣泡間摩擦而產(chǎn)生壓頭損失。因此，已有的液體噴出頭中存在油墨滴的噴出速度隨氣泡壓力的降低而減小的問題。
而且，已有的液體噴出頭，由于在發(fā)泡室內(nèi)生長的氣泡使充填在發(fā)泡室內(nèi)的微小量油墨體積發(fā)生變化，還有油墨滴的噴出量發(fā)生變化的問題。
鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種能使液體噴出速度高速化、液滴噴出量穩(wěn)定化、能夠提高液滴噴出效率的液體噴出頭及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
為達到上述目的，本發(fā)明涉及的液體噴出頭的制造方法，其中所說的液體噴出頭具有產(chǎn)生用于噴出液滴的能量的噴出能量發(fā)生元件，主面上設置了所說的噴出能量發(fā)生元件的元件基板，具有噴出液滴噴出口的噴出口部、利用所說的噴出能量發(fā)生元件使內(nèi)部液體產(chǎn)生氣泡的發(fā)泡室、和具有向所說的發(fā)泡室供給液體用供給流路的噴嘴，向所說的噴嘴供給液體用供給室、結合在所說的元件基板主面上的噴出孔基板，其特征在于包括以下步驟在主面上設置了所說的噴出能量發(fā)生元件的元件基板上，涂布用于形成第一發(fā)泡室和第一流路圖案的溶劑可溶性熱交聯(lián)型有機樹脂，將其加熱，形成熱交聯(lián)膜的步驟，在所說的熱交聯(lián)膜上涂布用于形成第二發(fā)泡室和第二流路圖案的溶劑可溶性有機樹脂的步驟，通過使曝光量部分不同，在所說的有機樹脂上與所說的第二發(fā)泡室的圖案同時形成高度低于所說的第二發(fā)泡室高度的第二流路圖案的步驟，在所說的熱交聯(lián)膜和被圖案化的有機樹脂上層合負型有機樹脂層之后，在所說的負型有機樹脂層上形成所說的噴出口部的步驟，和除去所說的熱交聯(lián)膜和圖案化的有機樹脂的步驟。
第二流路的圖案形成既可以采用具有狹縫間隔的狹縫掩膜，通過將有機樹脂曝光、顯影的方法進行，第二發(fā)泡室和第二流路的圖案形成也可以通過掩膜曝光、顯影后，利用溫度形成10～45°傾斜，第二流路圖案的形成，還可以采用具有不同狹縫間隔的掩膜，通過將有機樹脂曝光、顯影，形成具有兩級以上臺階高度差。
此外，按以上方式構成的液體噴出頭，被制成噴嘴內(nèi)流路的高度、寬度或截面積發(fā)生變化，而且其形狀使油墨體積自基板至噴出口方向緩緩減小，在噴出口附近，當液滴飛翔時飛翔的液滴相對于基板垂直飛翔，并具有整流作用。而且當液滴噴出時，可以控制被充填在發(fā)泡室內(nèi)的液體因發(fā)泡室內(nèi)產(chǎn)生的氣泡對供給流路一側產(chǎn)生擠壓。因此，按照這種液體噴出頭，可以抑制從噴出口噴出液滴的噴出體積產(chǎn)生波動，確保噴出體積具有適當值。另外，這種液體噴出頭，當噴出液滴之際，利用臺階高度差部分所構成的控制部分，能夠抑制因在發(fā)泡室內(nèi)生長的氣泡與發(fā)泡室內(nèi)的控制部分內(nèi)壁接觸而造成的氣泡壓力損失。因此，按照這種液體噴出頭，由于發(fā)泡室內(nèi)的氣泡生長良好而能充分確保壓力，所以能夠提高液滴的噴出速度。


圖1是說明本發(fā)明涉及的液體噴出頭全部構成用的示意軸側視圖。
圖2是用三開口模型表示液體噴出頭中流體流動的示意圖。
圖3是用等效電路表示液體噴出頭的示意圖。
圖4是說明本發(fā)明第一種實施方式中液體噴出頭的一個加熱器與噴嘴組合結構用的部分斷面的軸側視圖。
圖5是說明本發(fā)明第一種實施方式中液體噴出頭的多個加熱器與噴嘴組合結構用的部分斷面的軸側視圖。
圖6是說明本發(fā)明第一種實施方式中液體噴出頭的一個加熱器與噴嘴組合結構用的斷面?zhèn)纫晥D。
圖7是說明本發(fā)明第一種實施方式中液體噴出頭的一個加熱器與噴嘴組合結構用的部分斷面俯視圖。
圖8A、8B、8C、8D和8E是說明本發(fā)明第一種實施方式中液體噴出頭制造方法用的軸側視圖。
a)是元件基板b)是在元件基板上形成了下樹脂層和上樹脂層的狀態(tài)c)是形成了被覆樹脂層的狀態(tài)d)是形成供給口的狀態(tài)e)是使內(nèi)部的下樹脂層和上樹脂層溶解流出的狀態(tài)圖9A、9B、9C、9D和9E是表示本發(fā)明第一種實施方式中液體噴出頭各制造步驟用的第一縱剖面圖。
a)是元件基板b)是在元件基板上形成了下樹脂層的狀態(tài)c)是在元件基板上形成了上樹脂層的狀態(tài)d)是在元件基板上形成的上樹脂層上形成圖案，使側面形成傾斜的狀態(tài)e)是在元件基板上形成的下樹脂層上形成圖案的狀態(tài)圖10A、10B、10C和10D是表示本發(fā)明第一種實施方式中液體噴出頭各制造步驟用的第二縱剖面圖。
a)是形成了作噴出孔基板用覆蓋層的狀態(tài)b)是形成了噴出口的狀態(tài)
c)是形成了供給口的狀態(tài)d)是使內(nèi)部的下樹脂層和上樹脂層溶解流出后制成液體噴出頭的狀態(tài)圖11是表示內(nèi)部的下樹脂層和上樹脂層化學變化的反應式。
圖12是表示距離下樹脂層和上樹脂層210～330nm區(qū)域內(nèi)材料吸收光譜曲線的曲線圖。
圖13是說明本發(fā)明第二種實施方式中液體噴出頭的一個加熱器與噴嘴組合結構用的部分斷面軸側視圖。
圖14是說明本發(fā)明第二種實施方式中液體噴出頭的一個加熱器與噴嘴組合結構用的斷面?zhèn)纫晥D。
圖15是說明本發(fā)明第三種實施方式中液體噴出頭的一個加熱器與噴嘴組合結構用的部分斷面軸側視圖。
圖16是說明本發(fā)明第三種實施方式中液體噴出頭的一個加熱器與噴嘴組合結構用的斷面?zhèn)纫晥D。
圖17A和17B是說明本發(fā)明第四種實施方式中液體噴出頭的一個加熱器與噴嘴組合用的部分斷面軸側視圖。
a)是第一列噴嘴的噴嘴b)是第二列噴嘴的噴嘴圖18A、18B、18C、18D和18E是說明本發(fā)明第四種實施方式中液體噴出頭各制造步驟用的第一縱剖面圖。
a)是元件基板b)是在元件基板上形成了下樹脂層的狀態(tài)c)是在元件基板上形成了上樹脂層的狀態(tài)d)是在元件基板上形成的上樹脂層上形成圖案，使側面形成傾斜的狀態(tài)e)是在元件基板上形成的下樹脂層上形成圖案的狀態(tài)圖19A、19B、19C和19D是說明本發(fā)明第四種實施方式中液體噴出頭各制造步驟用的第二縱剖面圖。
a)是形成了作噴出孔基板用覆蓋層的狀態(tài)
b)是形成了噴出口的狀態(tài)c)是形成了供給口的狀態(tài)d)是使內(nèi)部的下樹脂層和上樹脂層溶解流出后制成液體噴出頭的狀態(tài)。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的噴出油墨等液滴的噴出頭的具體實施方式

進行說明。
首先說明本發(fā)明實施方式涉及的液體噴出頭的概況。本實施方式的液體噴出頭，尤其是噴墨記錄方式中，特別具有產(chǎn)生可以作為噴出液體油墨用能量的熱能的手段，是一種利用該熱能使油墨的狀態(tài)發(fā)生變化方式的液體噴出頭。通過采用這種方式，可以使被記錄的文字和圖像等達到高密度化和高精細化。特別是在本實施方式中，作為發(fā)生熱能的手段采用電阻發(fā)熱元件，借助于用這種電阻發(fā)熱元件加熱油墨使之沸騰時所產(chǎn)生的氣泡壓力噴出油墨。
(第一種實施方式)雖然詳細說明如后，但是如圖1所示，第一種實施方式的液體噴出頭1的構成為，在作電阻發(fā)熱元件用的多個加熱器的各加熱器上，從噴出口至供給口附近，延續(xù)設置獨立單個形成作油墨流路用的噴嘴用的隔壁層。這種液體噴出頭1，具有特開平4-10940和特開平4-10941等公報所公開的、采用噴墨記錄法的油墨噴出手段，油墨噴出時產(chǎn)生的氣泡通過噴出口與外部大氣相通。
而且液體噴出頭1，具有其中具有多個加熱器和多個噴嘴，各噴嘴縱向平行排列的第一列噴嘴16，以及夾持供給室、在與第一列噴嘴相對位置上排列的第二列噴嘴17。第一和第二列噴嘴16和17，相鄰各噴嘴之間的間隔均形成600dpi間距。而且第二列噴嘴的各噴嘴17，與第一列噴嘴16的各噴嘴相對，相鄰各噴嘴之間的間距互相均以1/2間距排列。
以下簡單說明具有多個加熱器和多個噴嘴以高密度排列的第一和第二列噴嘴16和17的液體噴出頭1最佳化的概念。
一般而言，作為對液體噴出頭的噴出特性產(chǎn)生影響的物理量，設置了多個噴嘴內(nèi)的慣性力和粘性阻抗作用大。在任意形狀的流路內(nèi)移動的非壓縮性流體的運動方程式，可以用以下所示的二式表示Δ·V＝0(連續(xù)式) …(式1)(v/t(yī))+(v·Δ)v＝-Δ(p/ρ)+(μ/ρ)Δ2v+f(Navier-Stokes等式) …(式2)一旦作為對流項和粘性項充分小，沒有外力的將式1和式2加以近似，則有Δ2P＝0…(式3)可以用壓力表示調(diào)節(jié)函數(shù)。
于是在液體噴出頭的場合下，可以用圖2所示的三口模型和圖3所示的等效電路表示。
慣性力可以用靜止流體快速運動時的難動性定義。一旦在電學上表示，則與阻礙電流變化的阻抗L的作用相似。在機械上的彈簧質(zhì)量模型中的重量(質(zhì)量)相當。
若用公式表示慣性力，則當開口處產(chǎn)生壓力差時，可以用流體體積V的二階時間微分，即流量F(＝ΔV/Δt)與時間微分之比表示。
(Δ2V/Δt2)＝(ΔF/Δt)＝(1/A)×P …(式4)式中，A為慣性力。
例如，假定用形成密度ρ、長度L、截面積S0的管狀流動流路模擬，則這種模擬的一維流動管流路的慣性力A0可以用A0＝ρ×L/S0表示，與流路長度成正比，與截面積成反比。
基于圖3所示的等效電路，可以利用模型預測和解析液體噴出頭的噴出特性。
本發(fā)明的液體噴出頭中，噴出現(xiàn)象可以視為從慣性流向粘性流過度的現(xiàn)象。特別是在加熱器使發(fā)泡室內(nèi)發(fā)泡的初期，以慣性流為主，反之在噴出后期(也就是說，從噴出口產(chǎn)生的彎曲液面向油墨流路一側移動時，因毛細管現(xiàn)象油使墨被充填到噴出口開口的端面至回歸的時間)內(nèi)，以粘性流為主。此時從上述的關系式可知，在發(fā)泡初期，由于慣性力的關系，對噴出特性，特別是對噴出體積和噴出速度的貢獻增大，而在噴出后期，粘性阻抗量對噴出特性，特別是對油墨再充填所需的時間(以下稱為再充填時間)的影響增大。
其中，粘性阻抗用式1和變成ΔP＝ηΔ2μ…(式5)的恒定Stokes流描述，可以求出粘性阻抗B。而且在噴出后期，在圖2所示的模型中，在噴出口附近彎曲液面的產(chǎn)生，主要因毛細管力的吸引力使油墨產(chǎn)生流動，所以能夠用二開口模型(一維流動模型)近似。
也就是說，能夠用描述粘性流體的Poiseuille的式6求出。
(ΔV/Δt)＝(1/G)×(1/η){(ΔP/Δx)×S(x)} …(式6)式中，G是形狀因子。而且由于粘性阻抗B起因于按照任意壓力差流動的流體，所以可以按照式B＝∫0L{(G×η)/(S(x))}Δx …(式7)求出粘性阻抗B。
按照上述式7，假定是密度ρ、長度L、截面積S0的管狀流動流路，則粘性阻抗變成B＝8η×L/(π×S02) …(式8)與噴嘴長度近似成正比，而且與噴嘴截面積的2的平方成反比。
因此，為了提高液體噴出頭的噴出特性，特別是提高噴出速度、油墨滴的噴出體積和再充滿時間等全部參數(shù)，從慣性力的關系來看，充分必要條件是將加熱器噴出口側慣性力量與加熱器供給口側慣性力量相比盡可能加大，并減小噴嘴內(nèi)的粘性阻抗。
從上述觀點來看，本發(fā)明涉及的液體噴出頭對于以高密度設置多個加熱器和多個噴嘴這一措施，有可能同時滿足上述兩個要求。
以下參照附圖就實施方式涉及的液體噴出頭非具體結構進行說明。
如圖4～7所示，液體噴出頭具有設置了本身是電阻發(fā)熱元件作為多個噴出能量發(fā)生元件用的加熱器20的元件基板11，和在這種元件基板11的主面上層合結合的、構成多個油墨流路的噴出孔基板12。
元件基板11例如可以由玻璃、陶瓷、樹脂、金屬等形成，一般可以由Si形成。
在元件基板11的主面上，對于每個油墨流路分別以預定布線圖案設置加熱器20、向此加熱器20施加電壓的電極(圖中未示出)、和與此電極連接的配線(圖中未示出)。
而且在元件基板11的主面上，設置提高蓄熱的散熱性用的絕緣膜，將加熱器20覆蓋(參見圖8)。并在元件基板11的主面上，設置防止氣泡消泡時產(chǎn)生的空穴作用保護主面用保護膜22，將絕緣膜21覆蓋(參見圖8)。
噴出孔基板12由樹脂材料形成厚度30微米。噴出孔基板12，如圖4和5所示，褙噴出油墨用的多個噴出口部，內(nèi)部有使油墨流動的多個噴嘴27和向這些噴嘴中的每個噴嘴27供給油墨的供給室28。
噴嘴27具有噴出液滴的噴出口26a的噴出口部26、因本身是噴出能量發(fā)生元件的加熱器20的加熱，使內(nèi)部液體發(fā)生氣泡的發(fā)泡室31、和向發(fā)泡室31供給液體用的供給流路32。
發(fā)泡室31，由以元件基板11的主面為底面與供給流路32連通、因加熱器20而使內(nèi)部液體產(chǎn)生氣泡的第一發(fā)泡室31a，和與第一發(fā)泡室31a的元件基板11主面平行并與上面的開口連通設置、使第一發(fā)泡室31a中發(fā)生的氣泡生長的第二發(fā)泡室31b構成，噴出口部26與第二發(fā)泡室31b的上面開口連通設置，在噴出口部26的側壁面與第二發(fā)泡室31b的側壁面間有臺階高度差。
噴出部分26的噴出口26a，在與元件基板11上設置的加熱器20相對的位置上形成，這里制成直徑例如15微米左右的圓形孔。其中噴出口26a，也可以根據(jù)噴出特性上的需要形成放射狀的大體星形。
第二發(fā)泡室31b事先形成截錐狀，其側壁相對于與元件基板主面垂直的平面，以10～45°傾斜向噴出口方向縮小，其上面具有臺階高度差，與噴出口26的開口連通。
第一發(fā)泡室31a處于供給流路的延長線上，與噴出口26a相對的底面形成大體矩形形狀。
這里噴嘴27形成得使平行于元件基板11主面的加熱器20的主面與噴出口26a之間最短距離HO處于30微米以下。
噴嘴27中，與主面平行的第一發(fā)泡室31a的上面和與發(fā)泡室相鄰的供給流路32的主面平行的第一的上面35a在同一平面上連續(xù)，所謂與高于它的供給流路32的供給室28側元件基板11的主面平行的第二的上面35b，是指由相對于主面傾斜設置的第一臺階34a所連接。
處于第一臺階35a至第二發(fā)泡室31b底面開口之間的第一的上面35a形成控制部分，由控制部分控制因氣泡而流動的發(fā)泡室31內(nèi)的油墨。元件基板11的主面至供給流路32的上面之間的最大高度，被設計得比從元件基板11的主面至第二發(fā)泡室31b的上面之間的高度更低。
供給流路32，被設置得一端與發(fā)泡室31連通的同時，另一端與供給室28連通。
這樣，在噴嘴27中，在控制部分作用下，本身是從與第一發(fā)泡室31a鄰接的供給流路32的一端至第一發(fā)泡室31a的部分第一的上面35a，相對于元件基板11主面的高度，與鄰接在供給室28側的供給流路28的第二的上面35b相比形成得較低。因此對于噴嘴27而言，借助于第一的上面35a，從與第一發(fā)泡室31a鄰接的供給流路32的一端至第一發(fā)泡室31a的油墨流路的截面積，與其他流路的截面積相比，形成得減小。
而且噴嘴27，如圖4和圖7所示，流路與元件基板11主面的平行面中油墨流動方向垂直相交的寬度，形成從供給室28至發(fā)泡室31的大體相等的條狀。此外噴嘴27與元件基板11的主面相對的個壁面，從供給室至發(fā)泡室，分別形成得與元件基板11的主面平行。
這里噴嘴27，相對于元件基板11主面的第一的上面35a的高度，例如事先形成14微米左右，相對于元件基板11主面的第的的上面35b的高度，例如形成20微米左右。而且噴嘴27在平行于油墨流動方向的第一的上面35a的長度，例如形成10微米左右。
而且在元件基板11上，在與噴出孔基板12鄰接的主面的背面上，設有從此背面至供給室28供給油墨用的供給口36。
圖4和圖5中，供給室28內(nèi)與供給口鄰接的位置上，分別豎直設置跨過元件基板11和噴出孔基板12的、對于各噴嘴27過濾除去油墨中灰塵用的圓柱狀噴嘴過濾器38。噴嘴過濾器38，被設置在距離供給口例如大約20微米左右的位置處。而且供給室28內(nèi)各噴嘴過濾器38的間隔，例如被設定在10微米左右。借助于這種噴嘴過濾器38，可以防止供給流路32和噴出口26被灰塵堵塞，確保良好的噴出動作。
以下就上述方式構成的液體噴嘴1，說明從噴出口26噴出油墨滴的動作。
首先，在液體噴出頭1中從供給口36向供給室28內(nèi)供給的油墨，分別供給第一和第二列噴嘴16和17中各噴嘴27。供給各噴嘴27的油墨，沿著供給流路32流動后充填在發(fā)泡室31內(nèi)。被充填在發(fā)泡室31內(nèi)的油墨，在因加熱器20而沸騰產(chǎn)生氣泡的生長壓力下，大體以與元件基板11的主面垂直相交的方向飛翔，從噴出口部26的噴出口26a以液滴形式噴出。
被充填在發(fā)泡室31內(nèi)的油墨，在第一發(fā)泡室31a內(nèi)因加熱器20加熱而沸騰產(chǎn)生氣泡，在氣泡的生長壓力作用下，經(jīng)過第二發(fā)泡室32b后噴出時，由于第二發(fā)泡室31b事先形成截錐狀，其側壁相對于與元件基板主面垂直相交的平面以傾斜10～45°的解毒沿著噴出口方向逐漸減小，在其上面有臺階狀高度差并與噴出口部26連通，所以沿著從元件基板11至噴出口26a的方向上，油墨體積逐漸減小同時被整流，在噴出口26a附近液滴飛翔時，飛翔的液滴將會相對于基板垂直飛翔。
當被充填在發(fā)泡室31內(nèi)的油墨噴出之際，一部分發(fā)泡室31內(nèi)的油墨會在發(fā)泡室31內(nèi)發(fā)生氣泡的壓力下向供給流路32一側流動。液體噴出頭1中，當一部分發(fā)泡室31內(nèi)的油墨向供給流路32側流動時，由于受到具有第一的上面35a的控制部分的控制，供給流路32的流路變窄，所以控制部分所起的作用是，阻礙從發(fā)泡室31側通過供給流路32向供給室28側流動的油墨。因此液體噴出頭1中，被充填在發(fā)泡室31內(nèi)的油墨向供給流路32側的流動受到控制部分的控制，所以可以防止發(fā)泡室31內(nèi)油墨減少，良好地確保油墨的噴出體積，抑制從噴出口噴出液滴噴出體積產(chǎn)生波動，保證適當?shù)膰姵鲶w積。
這種液體噴出頭1中，若將從加熱器20至噴出口26的慣性力定為A1，將從加熱器20至供給口36的慣性力定為A2，將噴嘴27的總慣性力定為A0，則噴出頭噴出口26一側能量的分配比例η，可以用下式9表示η＝(A1/A0)＝{A2/(A1+A2)} …(式9)而且各慣性力數(shù)值可以利用例如三維有限要素法解算機，通過解拉普拉斯方程求出。
按照上式計算，液體噴出頭1噴出頭噴出口26側的能量分配比η為0.59。液體噴出頭1在使能量分配比η與已有的液體噴出頭大體等值的條件下，能夠使噴出速度和噴出體積維持與過去相同程度的數(shù)值。而且希望能量分配比η滿足0.5＜η＜0.8的條件。液體噴出頭1在能量分配比η處于0.5以下的場合下，不能確保良好的噴出速度和噴出體積，而超過0.8的場合下，油墨喪失良好的流動性，不能進行再充填過程。
而且液體噴出頭1作為油墨例如使用了染料系黑色油墨(表面張力47.8×10-3N/m，粘度1.8cp，pH9.8)的場合下，與已有的液體噴出頭相比，能使噴嘴27內(nèi)的粘性阻抗B的數(shù)值降低40％左右。粘性阻抗B的數(shù)值，例如也可以采用三維有限要素法解算機算出，可以通過確定噴嘴27的長度和噴嘴27的截面積容易算出。
因此，本實施方式的液體噴出頭1，與已有的液體噴出頭相比，能使噴出速度高速化約40％，能夠?qū)崿F(xiàn)大約25～30kHz左右的噴出頻率應答性。
而且由于將從元件基板11的主面至供給流路32上面的最大高度設定得較低，所以可以強化噴出孔基板12的強度。
以下參照圖8、圖9和圖10，就按照上述方式構成的液體噴出頭1的制造方法作簡單說明。
液體噴出頭1的制造方法，可以經(jīng)歷以下步驟進行形成元件基板11的第一步驟，在元件基板11上分別形成構成油墨流路的上樹脂層41和下樹脂層42的第二步驟，在上樹脂層41上形成所需噴嘴圖案的第三步驟，在該樹脂層的側面形成形成傾斜的第四步驟，和在下樹脂層42上形成所需噴嘴圖案的第五步驟。
接著在這種液體噴出頭1的制造方法，可以經(jīng)過在上下樹脂層41、42上形成將變成噴出孔基板12的被覆樹脂層43的第六步驟，在被覆樹脂層43上形成噴出口部26的第七步驟，在元件基板11上形成供給口36的第八步驟，和將上下樹脂層41、42溶出的第九步驟制造液體噴出頭1。
第一步驟，如圖8(a)和圖9(a)所示，是通過例如利用對Si晶片主面圖案化處理等設置多個加熱器20和對這些加熱器20施加電壓用的預定布線，設置將加熱器20覆蓋提高蓄熱之散熱性的絕緣膜21，設置覆蓋絕緣膜21的因?qū)馀菹輹r產(chǎn)生的空穴作用而保護主面用的保護膜22，形成元件基板11的基板形成步驟。
第二步驟，如圖8(b)、圖9(b)和圖9(c)所示，是利用旋涂法在元件基板11上分別連續(xù)涂布下樹脂層42和上樹脂層41的涂布步驟，所說的下樹脂層42和上樹脂層41通過照射本身是波長330nm以下紫外線的遠紫外線(以下成為DUV光)，使分子中價鍵遭到破壞而能溶解。這種涂布步驟，當采用因脫水縮合反應而熱交聯(lián)的樹脂材料作為下樹脂層42的情況下，采用旋涂法涂布上樹脂層41之際，能夠防止下樹脂層42和上樹脂層41各樹脂層間互相熔融。作為下樹脂層42，例如使用了對甲基丙烯酸甲酯(MMA)與甲基丙烯酸(MAA)進行了游離基聚合物，將被聚合化的二元共聚物(P(MMA-MAA)＝90∶10)溶解在環(huán)己酮溶劑中的溶液。而且作為上樹脂層41，例如使用了將聚甲基異丙烯基酮(PMIPK)溶解在環(huán)己酮溶劑中的溶液。圖11示出了作為下樹脂層42使用的二元共聚物(P(MMA-MAA))經(jīng)脫水縮合反應形成的交聯(lián)膜和上樹脂層41的化學反應式。這種脫水縮合反應，通過在180～200℃溫度下加熱30分鐘～2小時，能夠形成更堅固的交聯(lián)膜。其中這種交聯(lián)膜雖然變成溶劑不溶性，但是在DUV光等電子射線照射下，將會產(chǎn)生如圖11所示的分解反應，推進低分子化，僅有經(jīng)電子射線照射的部分才會變成溶劑可溶性。
第三步驟，如圖8(b)和圖9(d)所示，是采用照射DUV光的曝光裝置，在這種曝光裝置上安裝作波長選擇手段的、遮斷波長小于260nmDUV光用的濾光器，僅使260nm以上波長的光線透過，照射波長260～330nm附近的近紫外線(以下稱為NUV光)，將上樹脂層41曝光和顯影，在上樹脂層41上形成所需噴嘴圖案的圖案形成步驟。使用具有不同狹縫間距的狹縫掩膜作為遮斷波長260nm以下DUV光的濾光器，能任意設定噴嘴圖案的高度，并能以各自不同的高度形成第二發(fā)泡室31b、和第二的上面35b的噴嘴圖案。
在第三步驟中，在上樹脂層上形成噴嘴圖案時，由于上樹脂層41和下樹脂層42對波長260～330nm附近的NUV光的靈敏度差大約處于40∶1以上，所以下樹脂層42不會感光，下樹脂層42的P(MMA-MAA)不會分解。而且由于下樹脂層42是熱交聯(lián)型的，所以也不會溶解在使上樹脂層顯影時的顯影液中。下樹脂層42和上樹脂層41在210～330nm區(qū)域內(nèi)材料的吸收光譜曲線示于圖12之中。
第四步驟，如圖8(b)和圖9(d)所示，在140℃下將形成了圖案的上樹脂層41加熱5～20分鐘，能夠在該上樹脂層的側面上形成10～45°傾斜。這種傾斜角度與上記的圖案體積(形狀和膜厚)與加熱溫度和時間有關，能夠在上記角度范圍內(nèi)控制指定的角度。
第五步驟，如圖8(b)和圖9(e)所示，是使用掩膜106在上述的曝光裝置中照射波長210～330nmDUV光，使下樹脂層42曝光和顯影，在下樹脂層42上形成所需噴嘴圖案的圖案形成步驟。此外，下樹脂層42使用的P(MMA-MAA)材料分辨率高，即使以5～20微米厚度下，側壁的傾斜角度也能形成0～5°左右的溝槽結構。
而且必要時，在120～140℃左右將圖案化后的樹脂層42加熱下，還能該下樹脂層42的側壁上形成更大的傾斜。
第六步驟，是在噴嘴圖案形成中，分子中的接連鍵可以被DUV光破壞而變成能溶解的上樹脂層41和下樹脂層42上，如圖10(a)所示，涂布將變成噴出孔基板12的透明性被覆樹脂層43的涂布步驟。
第七步驟，如圖8(c)和圖10(b)所示，在曝光裝置中對這種被覆樹脂層43照射UV光線，將相當于噴出口部26的部分曝光和顯影除去，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的側壁的傾斜角度，相對于與元件基板主面垂直相交的平面應當盡可能接近0°。但是，若處于0～10°下，液滴的噴出特性也不會產(chǎn)生大問題。
第八步驟，如圖8(d)和圖10(c)所示，通過對元件基板11的背面進行化學腐蝕處理等，在元件基板11上形成供給口36。作為化學腐蝕處理方法，例如可以采用強堿溶液(KOH、NaOH、TMAH)進行的各方異性腐蝕處理。
第九步驟，如圖8(e)和圖10(d)所示，使光線從元件基板11的主面一側透過被覆樹脂層43照射波長330nm以下的DUV光，使處于元件基板11和噴出孔基板12之間位置上的本身是噴嘴材料的上下樹脂層41和42，分別由供給口36溶出。
利用這種方法，可以得到具有噴出口26a與供給口36、以及具有在與它們連通的供給流路32上以臺階狀形成的控制部分33的噴嘴27的芯片。通過使這種芯片與驅(qū)動加熱器20用的布線基板(圖中未示出)等實現(xiàn)電連接，可以得到液體噴出頭。
其中，這里雖然通過使用具有不同狹縫間隔的狹縫掩膜作為過濾器，在一個步驟中任意設定噴嘴圖案的高度，但是按照上述的液體噴出頭1的制造方法，借助于用DUV光使分子中交聯(lián)價鍵破壞而變成可以溶解的上樹脂層41和下樹脂層42，在元件基板11的厚度方向上進一步形成分層結構，可以在噴嘴27內(nèi)設置形成了三級以上臺階狀的控制部分。例如，在上樹脂層的又一上層側使用對波長400nm以上光線敏感的樹脂材料，可以形成多級臺階狀噴嘴結構。
本實施方式涉及的液體噴出頭1的制造方法，優(yōu)選采用基本上以特開平4-10940和特開平4-10941等公報所公開的噴墨記錄方法作為噴墨手段的液體噴出頭的制造方法。這些公報提供了一種將由加熱器產(chǎn)生的氣泡與外界氣體相通結構的油墨滴噴出方法，可以提供能夠噴出例如50pl以下微少量油墨滴的液體噴出頭。
液體噴出頭1，由于氣泡與外界氣體通氣，所以從噴出口26噴出的油墨滴體積主要依賴于處于加熱器20與噴出口26之間位置的油墨體積，即被充填在發(fā)泡室31內(nèi)的油墨體積。換句話說，被噴出的油墨滴體積，大體取決于液體噴出頭1中噴嘴27的發(fā)泡室31部分的結構。
因此，液體噴出頭1能夠輸出沒有油墨不均的高品質(zhì)圖像。本發(fā)明涉及的液體噴出頭。為使結構上與外界氣體相通，雖然采用將加熱器與噴出口之間的最短距離設定在30微米以下的液體噴出頭能夠取得更大的效果，但是只要是使油墨滴在與設置了加熱器的基板主面垂直相交方向上飛翔的液體噴出頭，都能有效的發(fā)揮作用。
綜上所述，液體噴出頭1通過設置截錐臺狀第二發(fā)泡室31b，使油墨體積沿著從元件基板11至噴出口26a的方向逐漸減少的同時被整流，在噴出口26a附近使液滴飛翔時，飛翔的液滴會相對于元件基板11垂直飛翔。而且通過設置控制發(fā)泡室31內(nèi)油墨流動的控制部分的上面35a，能使噴出液滴的體積穩(wěn)定化，而且通過增高朝向供給室側供給流路的上面，能使供給流路內(nèi)的液量增加，由于利用低溫液體的熱傳導作用可以抑制噴出液體的溫度上升，所以能夠改善噴出量對溫度的依賴性，提高油墨滴的噴出效率。
(第二種實施方式)第一種實施方式中，第一發(fā)泡室31a上形成截錐臺狀的第二發(fā)泡室31b，該第二發(fā)泡室31b的側壁傾斜，相對于與元件基板11主面垂直相交的平面以10～45°角度傾斜，形成沿著噴出口26方向縮小的結構。但是在第二實施方式的液體噴出頭2中，將要說明被充填在發(fā)泡室內(nèi)的油墨，更容易向噴出口流動的結構。其中，在這種液體噴出頭2中，對與上述的液體噴出頭相同的部件將附以相同符號，而省略對其說明。
第二實施方式的液體噴出頭2中，與第一種實施方式同樣，發(fā)泡室56具有因加熱器20而產(chǎn)生氣泡的第一發(fā)泡室56a，和在從該第一發(fā)泡室56a至噴出口部的中途設置的第二發(fā)泡室56b；該第二發(fā)泡室56b側壁的傾斜，相對于與元件基板11主面垂直相交的平面以10～45°角度傾斜，形成沿著噴出口26方向縮小的結構，但是在第一發(fā)泡室56a中，為逐個區(qū)別多個排列的第一發(fā)泡室56a而設置的壁面，相對于與元件基板11主面垂直相交的平面以0～10°角度傾斜沿著噴出口方向縮小，而在噴出口53中則相對于與元件基板11主面垂直相交的平面以0～5°角度傾斜沿著噴出口53a方向縮小。
如圖13和圖14所示，具有液體噴出頭2的噴出孔基板52是用樹脂材料形成的厚度為30微米左右。噴出孔基板52正如前面參照圖1說明的那樣，其中具有噴出油墨滴的多個噴出口53a，使油墨流動的多個噴嘴54，和向這些噴嘴中每個噴嘴54供給油墨的供給室55。
噴出口53a，形成在與元件基板11的加熱器20相對的位置上，形成直徑例如15微米左右的園孔。其中噴出口53a根據(jù)噴出特性上的需要也可以形成放射狀大體星形。
噴嘴54，具有有噴出液滴的噴出口53a的噴出口部53，本身是噴出能量發(fā)生元件的加熱器20使內(nèi)部液體產(chǎn)生氣泡的發(fā)泡室56，和向發(fā)泡室56供給液體的用的供給流路57。
發(fā)泡室56，由以元件基板11主面作底面、與供給流路57連通、因加熱器20使內(nèi)部液體產(chǎn)生氣泡的第一發(fā)泡室56a，和與第一發(fā)泡室56a的元件基板11主面平行的上面開口連通設置、使第一發(fā)泡室56a內(nèi)發(fā)生的氣泡生長的第二發(fā)泡室56b構成，噴出口部53與第二發(fā)泡室56b的上面開口連通設置，在噴出口部53的側壁面與第二發(fā)泡室56b之間的側壁面之間具有臺階高度差。
第一發(fā)泡室56a，與噴出口53a相對的底面形成大體矩形形狀。而且第一發(fā)泡室56a，形成得使平行于元件基板11主面的加熱器20的主面與噴出口53a之間的最短距離OH處于30微米以下。加熱器20正如前面參照附圖1說明的那樣，在元件基板11上排列有數(shù)個，排列密度在600dpi場合下，各加熱器的間距大約42.5微米。而且第一發(fā)泡室56a中加熱器排列方向上寬度一旦達到35微米，遮蔽各加熱器間噴嘴壁的寬度就變成大約7.5微米。第一發(fā)泡室56a從元件基板11的表面以上的高度為10微米。在第一發(fā)泡室56a上形成的第二發(fā)泡室56b的高度為15微米，在噴出孔基板52上形成的噴出口部53的高度為5微米。噴出口53a的形狀為圓形，直徑15微米。第二發(fā)泡室56b的形狀為截錐臺狀，當與第一發(fā)泡室56a連接的底面直徑為30微米的場合下，一旦將第二發(fā)泡室的側壁制成20°傾斜，噴出口53側上面的直徑就變成19微米。而且有大約2微米臺階高度差，與直徑15微米的噴出口部53連接。
在第一發(fā)泡室56a內(nèi)產(chǎn)生的氣泡，在通向第二發(fā)泡室56b和供給流路57時生長，被充填在噴嘴54內(nèi)的油墨在噴出口部53被整流，可以從設置在噴出孔基板上的噴出口53a飛出。
供給流路57，形成得一端與發(fā)泡室56連通，同時另一端與供給室55連通。
噴嘴54中，平行于主面的第一發(fā)泡室56a的上面和平行于與發(fā)泡室鄰接的供給流路57主面的第一的上面59a，在同一平面中連續(xù)，所謂平行于比其高的供給流路57的供給室55側元件基板11主面的第二的上面59b，由相對于主面傾斜設置的第一臺階高度差58a連接，而所謂平行于比第二的上面59b更高的供給流路57的供給室55側元件基板11主面的第三的上面59c，由相對于主面傾斜設置的第二臺階高度差58b連接。
在從第一臺階高度差58a至第二發(fā)泡室56b底面開口之間形成控制部分，控制部分控制因氣泡而流動的發(fā)泡室56內(nèi)的油墨。
這樣在噴嘴54中，利用控制部分，本身是從與第一發(fā)泡室56a鄰接的供給流路57一端至第一發(fā)泡室56a的部分第一的上面59a，相對于元件基板11主面的高度，與供給室55側鄰接的供給流路57的第二的上面59b的高度相比形成得較低，而且第二的上面59b的高度，相對于與供給室55側鄰接的供給流路57的第三的上面59c的高度相比，也形成得較低。因此對于噴嘴54而言，借助于第一的上面59a，從與第一發(fā)泡室56a鄰接的供給流路57一端至第一發(fā)泡室56a的油墨流路的截面積，與其他流路的截面積相比形成得減小。
這里在第二發(fā)泡室56b的側壁上設置更大的傾斜，的第一發(fā)泡室56a內(nèi)也設置傾斜的情況下，第一發(fā)泡室56a內(nèi)發(fā)生的氣泡能夠使被充填在噴嘴內(nèi)的油墨以更優(yōu)良的效率向噴出口部53移動。但是第一發(fā)泡室56a第二發(fā)泡室56b和噴出口部53，雖然全部采用光刻法形成得精度優(yōu)良，但是不可能完全不產(chǎn)生偏差，總會產(chǎn)生亞微米水平上的排列誤差。因此，為了使油墨沿著與元件基板11垂直相交方向筆直飛翔，必須在噴出口部53內(nèi)對油墨飛翔方向作正確整流。因此，噴出口部53側壁的傾斜，應當與元件基板11的垂直相交方向盡可能平行，即應當接近于0°值。
但是為使飛翔的油墨滴更細小，必須使噴出口的開口面積更小，其結果噴出口部53的高度(長度)與開口之比一旦增大，由于該部分油墨的粘度阻抗急劇增加，因而導致使飛翔油墨的噴出特性惡化。其中對第二種實施方式的液體噴出頭2來說，在第一發(fā)泡室內(nèi)產(chǎn)生的氣泡抵達向第二發(fā)泡室之前容易進一步生長，而且被充填在噴嘴內(nèi)的油墨在第二發(fā)泡室內(nèi)的流動性也改善，因而形成對飛翔的油墨噴出方向產(chǎn)生整流作用的結構。其中雖然也取決于從元件基板11的表面至噴出口53a之間的距離，但是第二發(fā)泡室的高度優(yōu)選3～25微米，更優(yōu)選5～15微米左右。而且噴出口部53的長度，優(yōu)選1～10微米，更優(yōu)選1～3微米。
噴嘴54，如圖13所示，與油墨流動方向垂直相交并平行于元件基板11主面的流路寬度，從供給室55至發(fā)泡室56形成大體相等的直線狀。而且噴嘴54與元件基板11的主面相對的各內(nèi)壁，從供給室55至發(fā)泡室56分別形成得與元件基板1主面平行。
以下就上述方式構成的液體噴嘴2，說明從噴出口53a噴出油墨滴的動作。
首先，在液體噴出頭2中從供給口36向供給室55內(nèi)供給的油墨，被分別供給第一和第二列噴嘴的各噴嘴54。供給各噴嘴54的油墨沿著供給流路57流動后充填在發(fā)泡室56內(nèi)。被充填在發(fā)泡室56內(nèi)的油墨，在因加熱器20而沸騰產(chǎn)生氣泡的生長壓力下，相對于元件基板11的主面大體以垂直相交方向飛翔，以液滴形式從噴出口53a噴出。
充填在發(fā)泡室56內(nèi)的油墨噴出之際，一部分發(fā)泡室56內(nèi)的油墨在發(fā)泡室56內(nèi)發(fā)生氣泡的壓力下向供給流路57側流動。液體噴出頭2中，在第一發(fā)泡室56a內(nèi)產(chǎn)生的氣泡壓力，即刻也傳遞到第二發(fā)泡室56b，充填在第一和第二發(fā)泡室56a、56b內(nèi)的油墨，向第二發(fā)泡室56b內(nèi)繼續(xù)移動。此時由于內(nèi)壁傾斜，所以在第一和第二發(fā)泡室56a、56b內(nèi)生長的氣泡，與內(nèi)壁接觸引起的壓頭損失少，朝向噴出口53a繼續(xù)良好地生長。而且被噴出口部53整流的油墨，可以從設置在噴出孔基板52上的噴出口53a出發(fā)，沿著與元件基板11主面垂直相交的方向飛翔。而且油墨滴的噴出體積也得到良好地保證。因此，液體噴出頭2能夠使從噴出口53a噴出的油墨滴的噴出速度高速化。
因此液體噴出頭2，與已有的液體噴出頭相比，由于用噴出速度和噴出體積計算出來的油墨滴的運動能量提高，所以在能提高噴出效率的同時，與上述的液體噴出頭1同樣，還能使噴出頻率特性高速化。
而且液體噴出頭中雖然存在因加熱器產(chǎn)生的熱量等在液體噴出頭中積累引起飛翔的油墨滴體積變化的問題，但是通過將供給流路的上面朝著供給室側提高，能夠增加供給流路內(nèi)的液量，由于溫度較低液體的熱傳導作用可以抑制噴出液體的溫度上升，所以能夠改善噴出量的溫度依存性。
以下就按照上述方式構成的液體噴出頭2的制造方法作簡單說明。液體噴出頭2的制造方法，由于與上述的液體噴出頭1的制造方法大體相同，所以關于對同一部件賦予的同一符號以及同一步驟的說明省略。
液體噴出頭2的制造方法，遵照上述的液體噴出頭1的制造方法，第一步驟，如圖8(a)和圖9(a)所示，是通過例如利用在Si晶片上圖案化處理等設置多個加熱器20和對這些加熱器20施加電壓用的預定布線，形成元件基板11的基板形成步驟。
第二步驟，如圖8(b)、圖9(b)和圖9(c)所示，是在元件基板11上用旋涂法分別連續(xù)涂布，通過照射本身是波長330nm以下紫外線的DUV光，使分子中價鍵破壞而能溶解的下樹脂層42和上樹脂層41的涂布步驟。下樹脂層42的膜厚10微米，上樹脂層41的膜厚15微米。
第三步驟，如圖8(b)和圖9(d)所示，是用照射DUV光的曝光裝置，這種曝光裝置中作為僅透過260nm以上波長選擇手段，安裝有遮斷波長小于260nmDUV光用的濾光器，照射波長260～330nm附近NUV光，通過將上樹脂層41曝光和顯影，在上樹脂層41上形成所需的噴嘴圖案的圖案形成步驟。作為遮斷波長260nm以下DUV光的濾光器，通過使用具有不同狹縫間隔的狹縫掩膜105，能夠任意設定噴嘴圖案的高度，以各自不同的高度形成第二發(fā)泡室56b、第二的上面59b和第三的上面59c的噴嘴圖案。雖然圖中沒有示出，但是通過改變與第二的上面59b和第三的上面59c對應的狹縫掩膜105的狹縫間距，能夠改變各自的高度。
第四步驟，如圖8(b)和圖9(d)所示，在140℃下對形成了圖案的上樹脂層41加熱10分鐘，在該上樹脂層41的側面上形成了20°傾斜。
第五步驟，如圖8(b)和圖9(e)所示，是使用掩膜106，在上述的曝光裝置中照射波長210～330nm的DUV光，使下樹脂層42曝光和顯影后，在下樹脂層42上形成所需噴嘴圖案的圖案形成步驟。
第六步驟，是在噴嘴圖案形成后，分子中的交聯(lián)鍵因被DUV光破壞而變成溶解性的上樹脂層41和下樹脂層42上，如圖10(a)所示，涂布將形成噴出孔基板52的透明性被覆樹脂層43的涂布步驟。覆蓋樹脂43膜厚為30微米。
第七步驟，如圖8(c)和圖10(b)所示，在曝光裝置中對這種被覆樹脂層43照射UV光線，使相當于噴出口部53的部分曝光和顯影除去，形成噴出孔基板52。噴出口部53的長度為5微米。
第八步驟，如圖8(d)和圖10(c)所示，通過對元件基板11的背面進行化學腐蝕處理等，在元件基板11上形成供給口36。作為化學腐蝕處理方法，例如可以采用強堿溶液(KOH、NaOH、TMAH)進行的各方異性腐蝕處理。
第九步驟，如圖8(e)和圖10(d)所示，使波長330nm以下的DUV光從元件基板11主面一側透過被覆樹脂層43進行照射，使處于元件基板11和噴出孔基板52之間位置上的、本身是噴嘴材料的上下樹脂層41和42，分別溶出。
利用這種方法，可以得到具有噴出口53a與供給口36、以及在與它們連通的供給流路57上以臺階狀形成具有上面58a、58b和58c的噴嘴54的芯片。通過使這種芯片與驅(qū)動加熱器20用的布線基板(圖中未示出)等實現(xiàn)電連接，可以得到液體噴出頭2。
綜上所述，液體噴出頭2通過設置截錐臺狀第二發(fā)泡室56b，在第一發(fā)泡室56a的壁面上設置傾斜，使油墨體積沿著從元件基板11至噴出口53a的方向逐漸減少的同時被整流，在噴出口53a附近使液滴飛翔時，飛翔的液滴將相對于元件基板11垂直飛翔。而且通過設置將形成控制發(fā)泡室56內(nèi)油墨流動的控制部分的第一的上面59a，能使被噴出液滴的體積穩(wěn)定化，提高液滴的噴出效率，而且通過增高朝向供給室側供給流路的上面，能夠使供給流路內(nèi)的液量增加，由于利用低溫液體的熱傳導作用可以抑制被噴出液體的溫度上升，所以能夠改善噴出量對溫度的依賴性，提高油墨滴的噴出效率。
(第三種實施方式)以下參照附圖，對將上述的液體噴出頭2的第一發(fā)泡室的高度進一步減小而且第二發(fā)泡室的高度提高的、第三種實施方式的液體噴出頭3，作簡單說明。其中就這種液體噴出頭3而言，與上述的液體噴出頭1、2相同的部件附以相同符號，而省略對其說明。
第三實施方式的液體噴出頭3中，與第一種實施方式同樣，發(fā)泡室66具有因加熱器20而產(chǎn)生氣泡的第一發(fā)泡室66a，和在從該第一發(fā)泡室66a至噴出口部63的中途設置的第二發(fā)泡室66b；該第二發(fā)泡室66b側壁的傾斜，相對于與元件基板11的主面垂直相交的平面以10～45°角度傾斜，形成沿著噴出口26方向縮小的結構，但是第一發(fā)泡室66a中，為逐個區(qū)別多個排列的第一發(fā)泡室56a設置的壁面，相對于與元件基板11的主面垂直相交的平面以0～10°角度傾斜，沿著噴出口方向縮小，而在噴出口53則相對于與元件基板11的主面垂直相交的平面以0～5°角度傾斜，沿著噴出口53a方向縮小。
如圖15和圖16所示，具有液體噴出頭3的噴出孔基板62用樹脂材料形成30微米左右厚度。噴出孔基板62正如前面參照圖1說明的那樣，具有噴出油墨滴的多個噴出口63a，使油墨流動的多個噴嘴64，和向這些噴嘴中每個64噴嘴供給油墨的供給室65。
噴出口63a，形成在與元件基板11上的加熱器20相對的位置上，形成直徑例如15微米左右的園孔。其中噴出口63a根據(jù)噴出特性上的需要也可以形成放射狀的大體星形。
第一發(fā)泡室66a，形成得在與噴出口63a相對的底面大體呈矩形。而且第一發(fā)泡室66a，形成得使平行于元件基板11主面的加熱器20的主面與噴出口63a之間的最短距離OH處于30微米以下。第一發(fā)泡室66a距離上面的元件基板11表面的高度為8微米。在第一發(fā)泡室66a上形成的第二發(fā)泡室66b的高度為18微米。第二發(fā)泡室66b的形狀為四角截錐臺狀，第一發(fā)泡室66a側一邊非長度為28微米，在角落部分形成R為2微米的圓弧。而且第二發(fā)泡室66b的側壁相對于與元件基板11的主面垂直相交的平面有15°傾斜，使朝著噴出口部63側縮小。而且第二發(fā)泡室66b的上面與直徑15微米的噴出口部63，最少有大約1.7微米臺階高度差，連通。
在噴出孔基板62上形成的噴出口部63的高度為4微米。噴出口63a的形狀為圓形，直徑為15微米。
第一發(fā)泡室66a內(nèi)產(chǎn)生的氣泡，通向第二發(fā)泡室66b和供給流路67生長，被充填在噴嘴64內(nèi)的油墨被噴出口部63整流，可以從設置在噴出孔基板62上的噴出口63a飛出。
供給流路67，形成得一端與發(fā)泡室66連通，同時另一端與供給室65連通。其中噴嘴64中，平行于主面的第一發(fā)泡室66a的上面和平行于與發(fā)泡室鄰接的供給流路67主面的第一的上面69a，在同一平面中連續(xù)，所謂平行于比其高的供給流路67的供給室65側元件基板11主面的第二的上面69b，由相對于主面傾斜設置的第一臺階高度差68a連接，而所謂平行于比第二的上面69b高的供給流路67的供給室65側元件基板11主面的第三的上面69c，由相對于主面傾斜設置的第二臺階高度差68b連接。
第一發(fā)泡室66a形成在元件基板11上。減小此高度的情況下，油墨流路的截面積形成得從與第一發(fā)泡室66a鄰接的供給流路67一端至第一發(fā)泡室66a的部分逐漸減小，與第二種實施方式的液體噴出頭2中噴嘴54相比，截面積進一步減小。
另一方面，將第二發(fā)泡室66b的高度增高的情況下，在第一發(fā)泡室66a中發(fā)生的氣泡壓力，更容易傳遞到第二發(fā)泡室66b。而且從第一發(fā)泡室66a傳遞到一端連通的供給流路67變得困難，能夠使油墨向噴出口部63移動得更快，以高效進行。
而且噴嘴64，與油墨流動方向垂直相交并平行于元件基板11主面的流路寬度，在從供給室65至發(fā)泡室66形成大體相等的直線狀。此外噴嘴64與元件基板11的主面相對的各內(nèi)壁，從供給室65至發(fā)泡室66分別形成得與元件基板11的主面平行。
以下就上述方式構成的液體噴嘴3，說明從噴出口63噴出油墨滴的動作。
首先液體噴出頭3從供給口36向供給室65內(nèi)供給的油墨，被分別供給第一和第二列噴嘴的各噴嘴64。供給各噴嘴64的油墨，沿著供給流路67流動后充填在發(fā)泡室66內(nèi)。被充填在發(fā)泡室56內(nèi)的油墨，因加熱器20而沸騰產(chǎn)生氣泡，在氣泡的生長壓力下，相對于元件基板11的主面大體以垂直相交方向飛翔，以液滴形式從噴出口63噴出。
當充填在發(fā)泡室66內(nèi)的油墨噴出之際，一部分發(fā)泡室66內(nèi)的油墨在發(fā)泡室66a內(nèi)發(fā)生氣泡的壓力下向供給流路67側流動。液體噴出頭3，在一部分第一發(fā)泡室66a內(nèi)的油墨向供給流路67側流動時，在將第一發(fā)泡室66a的高度減小的情況下，由于供給流路67變窄，所以供給流路67對于從第一發(fā)泡室66a側經(jīng)供給流路67向供給室65側流動的油墨的流體阻抗增加。因此對于液體噴出頭3而言，被充填在發(fā)泡室66內(nèi)的油墨，由于可以進一步抑制向供給流路67側的流動，所以從第一發(fā)泡室66a至第二發(fā)泡室66b的氣泡生長進一步增加，油墨的流動性變得容易向噴出口側移動，可以更好地確保油墨的噴出體積。
而且對于液體噴出頭3而言，從第一發(fā)泡室66a至第二發(fā)泡室66b傳遞的氣泡壓力，效率進一步提高，而且由于第一發(fā)泡室66a和第二發(fā)泡室66b的壁面傾斜，所以在從第一發(fā)泡室66a和第二發(fā)泡室66b內(nèi)生長的氣泡，由于可以抑制與內(nèi)壁接觸引起的壓頭損失，所以氣泡生長良好。因此，液體噴出頭3可以提高從噴出口63噴出油墨的噴出速度。
按照上述的液體噴出頭3，第一發(fā)泡室66a和第二發(fā)泡室66b內(nèi)的油墨移動更快，阻抗更小，而且在噴出口部長度減小，與液體噴出頭1和2相比，由于油墨的整流作用進行得更迅速，所以能夠進一步提高油墨滴的噴出效率，此外通過將供給流路的上面朝供給室側提高，能夠使供給流路內(nèi)的液量增加，在低溫液體的熱傳導作用下由于能抑制液體的溫度上升，所以能夠改善噴出量的溫度依存性，提高油墨滴的噴出效率。
(第四種實施方式)上述的液體噴出頭1至3中，第一列噴嘴16和第二列噴嘴17的各噴嘴都是相等形成的，但是最后就第一列噴嘴和第二列噴嘴的形狀和加熱器面積互相不同的第四種事實方式的液體噴出頭4，參照附圖加以說明。
如圖17(a)、(b)所示，在具有液體噴出頭4的元件基板96上，分別設置與元件基板主面平行的面積互相不同的第一和第二加熱器98、99。
而且在具有液體噴出頭4的噴出孔基板97上，形成第一和第二列噴嘴101、102，使各噴出口106、107的開口面積和各噴嘴形狀互相不同。第一列噴嘴101的各噴出口106被形成圓形。這種第一列噴嘴101的各噴嘴，由于與上述的液體噴出頭2構成相同，所以其說明省略。為了使發(fā)泡室內(nèi)油墨更好地流動，在第一發(fā)泡室上形成第二發(fā)泡室109。而且第二列噴嘴102的各噴出口107形成放射狀大體星形。這種第二列噴嘴102的各噴嘴，從發(fā)泡室至噴出口油墨流路的截面積不變，形成直線狀。
而且元件基板96上設置對第一和第二列噴嘴101、102供給油墨用的供給口104。
然而，噴嘴內(nèi)油墨的流動是因從噴出口飛翔的油墨滴體積Vd而產(chǎn)生的，油墨滴飛翔后彎曲液面回歸作用，因噴出口的開口面積產(chǎn)生的毛細管力而進行的。這里若將噴出口的開口面積、噴出口的開口邊的外周、油墨的表面張力、以及油墨與噴嘴內(nèi)壁的接觸角分別定為S0、L1、γ和θ，則毛細管力p可以表示為
p＝γcosθ×L1/S0而且假定彎曲液面僅因飛翔的油墨滴體積Vd而產(chǎn)生，在噴出頻率時間t(再充填時間t)后恢復，則以下關系成立。
P＝B×(Vd/t)按照液體噴出頭4，對于第一和第二列噴嘴101、102來說，通過使第一和第二加熱器98、99的面積、和噴出口106、107的開口面積互相不同，能夠從單一液體噴出頭4的不同噴出體積的油墨滴飛翔。
而且對于液體噴出頭4而言，從第一和第二列噴嘴101、102噴出的油墨，若其性能數(shù)值表面張力、粘度和pH相同，則與各噴嘴的結構對應，根據(jù)各噴出口106、107噴出的油墨滴體積來設定慣性力A和粘性阻抗B，可以使第一和第二列噴嘴101、102的噴出噴出頻率應答數(shù)大體相等。
也就是說，在液體噴出頭4中，將第一和第二列噴嘴101、102中每列分別噴出各自油墨滴的噴出量，設定為4.0(pl)和1.0(pl)的場合下，使各噴嘴列101、102的再充填時間大體相等，與使本身噴出口106、107的開口邊外周L1與噴出口106、107的開口面積S0比的L1/S0，與粘性阻抗B相等，這二者之間含義相同。
以下參照

以上結構的液體噴出頭4的制造方法。
液體噴出頭4的制造方法，遵照上述的液體噴出頭1和2的制造方法，除了在上下樹脂層41、42上分別形成噴嘴圖案的各圖案形成步驟之外，其他步驟相同。液體噴出頭4的制造方法，在圖案形成步驟中，如圖18(a)、18(b)、18(c)所示，在元件基板96上分別形成上下樹脂層41、42后，如圖18(d)、18(e)所示，在第一和第二列噴嘴101、012的每列上分別形成所需的各噴嘴圖案。也就是說，在第一和第二列噴嘴101、012的各噴嘴圖案，分別形成得相對于供給口104不對稱。也就是說，液體噴出頭4的制造方法，僅僅在部分改變上下樹脂層41、42的形狀，就能容易形成液體噴出頭4。圖19所示的其以后的步驟，由于與第一種實施方式中說明過的相同，所以對其說明省略。
按照上述的液體噴出頭4，通過使第一和第二列噴嘴101、102的各噴嘴結構形成得各不相同，能夠使各噴嘴列101、102的每列分別噴出噴出體積各異的油墨滴，因而在能實現(xiàn)高速化的最佳噴出頻率下使油墨滴穩(wěn)定地飛翔變得容易和可能。
而且按照液體噴出頭4，通過用毛細管力調(diào)整流動阻抗平衡，利用恢復機構進行恢復動作時能夠迅速而均一地吸引油墨，同時還能簡單地構成恢復機構，所以能夠提高液體噴出頭4噴出特性的可靠性，提供一種記錄動作的可靠性得到提高的記錄裝置。
綜上所述，按照本發(fā)明涉及的液體噴出頭，通過高效地將第一發(fā)泡室內(nèi)發(fā)生的氣泡傳送到第二發(fā)泡室，使從噴出口噴出液滴的噴出速度高速化成為可能，同時還可以實現(xiàn)噴出液滴噴出量的穩(wěn)定化。因此，采用這種液體噴出頭能夠提高液滴的噴出效率。
而且按照本發(fā)明涉及的液體噴出頭，在抑制第一發(fā)泡室產(chǎn)生的氣泡與第二發(fā)泡室內(nèi)壁接觸時造成壓頭損失的情況下，能使發(fā)泡室內(nèi)的油墨更迅速而且有效地進行流動，能夠?qū)崿F(xiàn)從噴出口噴出液滴的噴出速度高速化、噴出量的穩(wěn)定化，同時還能實現(xiàn)再充填的高速化。
此外，通過提高供給流路的上面面向供給室側的高度，能夠增加供給流路內(nèi)的液量，在低溫液體熱傳導作用下，由于能夠抑制噴出液體的溫度上升，所以能夠改善噴出量的溫度依存性，提高油墨滴的噴出效率。
權利要求
1.一種液體噴出頭的制造方法，其中所說的液體噴出頭具有產(chǎn)生用于噴出液滴的能量的噴出能量發(fā)生元件，主面上設置了所說的噴出能量發(fā)生元件的元件基板，具有噴出液滴噴出口的噴出口部、利用所說的噴出能量發(fā)生元件使內(nèi)部液體產(chǎn)生氣泡的發(fā)泡室、和具有向所說的發(fā)泡室供給液體用供給流路的噴嘴，向所說的噴嘴供給液體用供給室、結合在所說的元件基板主面上的噴出孔基板，其特征在于包括以下步驟在主面上設置了所說的噴出能量發(fā)生元件的元件基板上，涂布用于形成第一發(fā)泡室和第一流路的圖案的溶劑可溶性熱交聯(lián)型有機樹脂，將其加熱，形成熱交聯(lián)膜的步驟，在所說的熱交聯(lián)膜上涂布用于形成第二發(fā)泡室和第二流路的圖案的溶劑可溶性有機樹脂的步驟，通過使曝光量部分不同，在所說的有機樹脂上與所說的第二發(fā)泡室的圖案同時形成高度低于所說的第二發(fā)泡室的第二流路圖案的步驟，在所說的熱交聯(lián)膜和被圖案化的有機樹脂上層合負型有機樹脂層之后，在所說的負型有機樹脂層上形成所說的噴出口部的步驟，和除去所說的熱交聯(lián)膜和圖案化的有機樹脂的步驟。
2.按照權利要求1所述的液體噴出頭的制造方法，其中高度低于所說的第二發(fā)泡室的第二流路部分圖案的形成，采用具有狹縫間隔的狹縫掩膜使所說的有機樹脂曝光，然后顯影的方法進行。
3.按照權利要求1所述的液體噴出頭的制造方法，其中所說的第二發(fā)泡室和所說的第二流路圖案的形成，是通過掩膜曝光、顯影后，利用溫度形成10～45°的傾斜。
4.按照權利要求2所述的液體噴出頭的制造方法，其中所說的第二流路圖案的形成，采用具有不同狹縫間隔的掩膜使有機樹脂曝光、顯影，形成具有兩級以上臺階高度差。
5.一種液體噴出頭的制造方法，其中所說的液體噴出頭具有產(chǎn)生用于噴出液滴的能量的噴出能量發(fā)生元件，主面上設置了所說的噴出能量發(fā)生元件的元件基板，具有噴出液滴噴出口的噴出口部、利用所說的噴出能量發(fā)生元件使內(nèi)部液體產(chǎn)生氣泡的發(fā)泡室、和具有向所說的發(fā)泡室供給液體用供給流路的噴嘴，向所說的噴嘴供給液體用供給室、結合在所說的元件基板主面上的噴出孔基板，其特征在于包括以下步驟在主面上設置了所說的噴出能量發(fā)生元件的元件基板上，涂布用于形成第一發(fā)泡室和第一流路圖案的溶劑可溶性熱交聯(lián)型有機樹脂，將其加熱，形成熱交聯(lián)膜的步驟，在所說的熱交聯(lián)膜上涂布用于形成第二發(fā)泡室和第二流路圖案的溶劑可溶性有機樹脂的步驟，為形成所說的第二發(fā)泡室和具有多個不同高度的第二流路圖案，采用具有部分不同狹縫間隔的狹縫掩膜，用近紫外光使所說的有機樹脂曝光、顯影的步驟，通過曝光、顯影形成圖案后，在玻璃化溫度以下的溫度下加熱所說的有機樹脂，形成10～45°傾斜的步驟，使用200～300nm區(qū)域的遠紫外光，使所說的熱交聯(lián)膜曝光、顯影的步驟，在由兩層所說的溶劑可溶性膜形成的流路圖案上，在對負型有機樹脂涂布、曝光、顯影和加熱下，將其層合在具有所說的噴出口部的所說的噴出孔基板上的步驟，通過所說的噴出孔基板對下層形成了兩層所說的流路形成有機樹脂照射遠紫外光，用溶劑除去，形成具有下列構成并結合在元件基板主面上的噴出孔基板的步驟噴出液滴的所說的噴出口部、借助于所說的噴出能量發(fā)生元件產(chǎn)生氣泡的所說的發(fā)泡室、和具有用于向發(fā)泡室供給液體的供給流路的噴嘴、以及用于向所說的噴嘴供給液體的供給室。
6.按照權利要求5所述的液體噴出頭的制造方法，其中所說的第一流路在所說的元件基板上的高度為5～20微米，相對于與所說的元件基板的主面垂直相交的平面形成0～10°傾斜。
全文摘要
提供一種能實現(xiàn)液滴噴出速度高速化、液滴噴出量穩(wěn)定化、能夠提高液滴噴出效率的液體噴出頭及其制造方法。液體噴出頭1具有加熱器20、元件基板11、具有噴出液滴的噴出口26a的噴出口部26、發(fā)泡室、和向發(fā)泡室供給液體用的供給流路的噴嘴27、和向噴嘴27供給液體用供給室的噴出孔基板12，發(fā)泡室由第一發(fā)泡室31a和其上的第二發(fā)泡室31b構成，第二發(fā)泡室上具有臺階高度差與噴出口部26連通，而且第二發(fā)泡室31b的側壁以10～45°傾斜地朝噴出口方向縮小，此外通過將統(tǒng)計流路的上面朝著供給室側提高，能夠使供給流路內(nèi)的液量增加，改善噴出量的溫度依存性。
文檔編號B41J2/14GK1486848SQ03146789
公開日2004年4月7日 申請日期2003年7月10日 優(yōu)先權日2002年7月10日
發(fā)明者久保田雅彥, 檜山亙 申請人:佳能株式會社