CN1248858C

CN1248858C - 液体喷出头及喷出头的制造方法

Info

Publication number: CN1248858C
Application number: CNB031467113A
Authority: CN
Inventors: 久保田雅彦; 桧山亘
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: CN1472072A; US20060098051A1; US20040008239A1; TW590895B; KR20040005667A; EP1380421A1; TW200402368A; JP3862624B2; JP2004042395A; KR100499298B1; US7293859B2; US7048358B2; EP1380421B1; DE60321511D1

Abstract

本发明提供一种可以达到液滴的喷出速度高速化，液滴的喷出量稳定化，而且能够提高液滴的喷出效率的液体喷出头及其制造方法。液体喷出头1具备加热器20、设置有加热器20的元件基板11、具有用于喷出液滴的喷出口26a的喷出口部26、具有发泡室和用于向发泡室供给液体的供给流路的喷嘴27、具有用于向喷嘴27供给液体的供给室28的喷出孔基板12；发泡室包括第1发泡室31a及其上面的第2发泡室32b，在发泡室附近设置有台阶高差部构成的控制部33。

Description

液体喷出头及喷出头的制造方法

技术领域

本发明涉及通过将例如油墨滴等液滴喷出，以便在记录介质上进行记录的液体喷出头及其制造方法，尤其是涉及用于进行喷墨记录的液体喷出头。

背景技术

喷墨记录方式是属于所谓非打击式的记录方式之一。这种喷墨记录方式在记录时产生的噪音小到可以忽略的程度，并且可以进行高速记录。另外，喷墨记录方式对于各种记录介质均可以进行记录，即便是对于所谓的普通纸，也不需要进行特别的处理就能使油墨在其上面吸附固定，而且可以廉价获得高精细的图像。由于具有这此优点，因此喷墨记录方式不仅可以作为计算机外围设备的打印机使用，而且作为复印机、传真机、文字处理器等的记录装置在近年来获得迅速的普及。

在通常使用的喷墨记录方式的喷墨方法中，可以举出，使用加热器等的电热变换元件作为用于喷出墨滴的喷出能量发生元件的方法以及使用压电元件等的方法，不管是哪一种方法皆可根据电信号来控制墨滴的喷出。使用电热转换元件的油墨喷出方法的原理是通过向电热转换元件施加电压来使电热转换元件附近的油墨瞬时沸腾，由于沸腾时油墨的相变化所导致的气泡的迅速长大使得墨滴高速地喷出。另一方面，使用压电元件的油墨喷出方法的原理是通过向压电元件施加电压，使压电元件发生变位，由于在该变位时产生的压力而将墨滴喷出。

另外，使用电热转换元件的油墨喷出方法的优点是不必要求大的空间来用于配置喷出能量发生元件，而且液体喷出头的结构简单，喷嘴的高聚集化容易。另一方面，作为该油墨喷出方法的固有缺点，可以举出，由于电热转换元件产生的热等蓄积在液体喷出头内时，使得飞翔墨滴的体积发生变化，或者由于消泡作用而生成的空穴对电热转换元件带来不良影响，或者，溶解在油墨内的空气成为残留在液体喷出头内的残留气泡，对墨滴的喷出特性或图像质量产生不良影响等。

作为用于解决这些问题的方法，可以举出在特开昭54-161935号公报、特开昭61-185455号公报、特开昭61-249768号公报、特开平4-10941号公报中公开的喷墨记录方法和液体喷出头。也就是说，在上述专利文献中公开的喷墨记录方法的构成如下，即，根据记录信号来驱动电热转换元件，并使产生的气泡与大气连通。通过采用该喷墨记录方法，可以使飞翔的墨滴的体积变得稳定，并能将微少量的墨滴高速地喷出，可以克服在气泡消失时产生的空穴作用，从而能够提高加热器的耐久性等，从而能容易地获得更高精细度的图像。在上述的专利文献中，作为使气泡与大气相通的结构，可以举出，采用一种使电热转换元件与喷出口之间的最短距离，比传统的装置要短得多的结构。

下面对这种传统的液体喷出头进行说明。传统的液体喷出头具备设有用于将油墨喷出的电热转换元件的元件基板以及与该元件基板接合并构成油墨流路的喷出孔基板。该喷出孔基板具有用于喷出墨滴的多个喷出口、用于使油墨流动的多个喷嘴以及用于向各个喷嘴供给油墨的供给室。每个喷嘴由发泡室和供给流路构成，发泡室利用电热转换元件来使其内部的油墨中产生气泡，而供给流路则用于向该发泡室供给油墨。在元件基板上位于各发泡室内设置有电热转换元件。另外，在元件基板上设置有供给口，以便从与喷出孔基板相邻接的主面的另一侧向供给室供给油墨。另外，在喷出孔基板上处于与元件基板上的电热转换元件相对向的位置设置有喷出口。

具有如上所说结构的传统的液体喷出头，由供给口向供给室内供给的油墨沿着各喷嘴供给并填充入发泡室内。已填充入发泡室内的油墨由于电热转换元件所导致的膜沸腾作用而产生气泡，借助于这些气泡的作用而使油墨沿着与元件基板的主面相垂直的方向飞翔并作为墨滴从喷出口喷出。

另外，为了使具有上述液体喷出头的记录装置达到记录图像更高质量的输出，高质量图像和高解析度的输出等，人们正在考虑使记录速度更高速化。传统的记录装置为了使记录速度高速化人们正在试图增加从液体喷出头的各喷嘴飞翔出来的墨滴的喷出次数，也就是试图提高墨滴的喷出频率，这类装置已公开在美国专利US4,882,595和US6,158,843中。

更具体地说，在美国专利US6,158,843中提出了一种技术方案，该方案是通过在供给口附近设置一种用于使油墨流路局部变窄的空间或突起的流体阻挡结构来改善油墨从供给口向供给流路流动的状况。

另外，在特开2000-255072号公报中公开了一种用于在供给流路形成凹陷部分的凹部的制造方法，该方法是在元件基板上只设置1层可以溶解的树脂层，在使该有机树脂曝光和显影时，使用一种设置有析像度在限度以下的图案的光掩模，使各供给流路上形成部分的凹部。但是，在按照该方法形成的流路图案的上面，由于曝光时的光线发生散射的影响而形成了微小的凹凸。

在中国专利CN1272818A中公开了一种液体喷射装置及其制造方法，该方法在玻璃基板上通过喷砂设有贯穿孔，其上直接接合第二硅基板形成排出口。另外，蚀刻第一硅基板以形成压力室、流路及流体供给口，并与玻璃基板直接接合后，在压力室正上面与具有弹性体的压电薄膜接合。

可是，上述传统的液体喷出头在喷出墨滴时，由于在发泡室内成长的气泡的作用，使得填充在发泡室内的油墨的一部分被压回到供给流路中。因此，对于传统的液体喷出头，其缺点是伴随发泡室内油墨体积的减少，其墨滴的喷出量也减少了。

另外，传统的液体喷出头当填充在发泡室内的一部分油墨挤压回供给流路的时候，成长的气泡面对供给流路一侧的压力一部分逃逸到供给流路一侧，或者由于发泡室内的内壁与气泡的磨擦而造成压力损失。因此，传统的液体喷出头伴随着气泡压力的降低，导致了墨滴的喷出速度降低，这是存在的问题。

另外，传统的液体喷出头，由于在发泡室内成长的气泡的作用，使得填充在发泡室内的微少量的油墨体积发生变化，因此导致墨滴的喷出量发生波动，这也是存在的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够使液滴的喷出速度高速化和液滴的喷出量稳定化，从而可以提高液滴的喷出效率的液体喷出头及其制造方法。

为了达到上述目的，本发明中所述的液体喷出头，它具备：用于产生为了喷出液滴所需能量的喷出能量发生元件；在主面上设置有喷出能量发出元件的元件基板；具有用于喷出液滴的喷出口的喷出口部，借助于喷出能量发生元件而在内部液体中产生气泡的发泡室，具有用于向发泡室供给液体的供给流路的喷嘴，用于向喷嘴供给液体的供给室，与元件基板的主面接合的喷出孔基板，其特征在于，上述发泡室包括第1发泡室和第2发泡室，其中，第1发泡室以元件基板的主面作为底平面并与供给流路相连通，而且借助于喷出能量发生元件的作用而在第1发泡室内部的液体中产生气泡；第2发泡室与第1发泡室连通并且与喷出口部连通，按照与基板垂直的方向，第2发泡室下平面的中心轴与上平面的中心轴一致，而且第2发泡室相对于其中心轴的上平面的截面积比下平面的截面积小，并且，从第2发泡室的下平面至上平面，沿中心轴方向的截面积连续地变化；而且，第2发泡室相对于其中心轴的上平面的截面积比喷出口部相对于其中心轴的截面积大。

另外，具有如上所述结构的液体喷出头，在其喷嘴内的流路的高度、宽度或其截面积是变化的，而且沿着从基板至喷出口的方向，油墨体积逐渐减小，在喷出口附近，当液滴飞翔时，飞翔的液滴相对于基板垂直地飞翔，而且构成了具有整流作用的形状。另外，当液滴喷出时，可以抑制由于发泡室内产生的气泡所导致的填充在发泡室内的液体被挤出到供给流路一侧的现象。因此，使用该液体喷出头，就能抑制由喷出口喷出的液滴的喷出体积发生波动，从而能够正确地确保喷出体积。另外，该液体喷出头在喷出液滴时，借助于由台阶高差部构成的控制部的作用，由于在发泡室内成长的气泡与发泡室内控制部的内壁接触，可以抑制气泡的压力损失。因此，使用该液体喷出头，可以使发泡室内的气泡顺利地成长，所以能充分地确保其压力，从而可以提高液滴的喷出速度。

附图说明

图1是用于说明本发明液体喷出头整体结构的示意立体图。

图2是按照三开口模型表示液体喷出头的流体流动状态的示意图。

图3是用等效电路表示液体喷出头的示意图。

图4是用于说明本发明第1实施方式的液体喷出头的一个加热器与喷嘴的组合结构的局部剖视立体图。

图5是用于说明本发明第1实施方式的液体喷出头的多个加热器与喷嘴的组合结构的局部剖视立体图。

图6是用于说明本发明第1实施方式的液体喷出头的一个加热器与喷嘴的组合结构的侧面剖视图。

图7是用于说明本发明第1实施方式的液体喷出头的一个加热器与喷嘴的组合结构的平面剖视图。

图8A、8B、8C、8D、8E是用于说明本发明第1实施方式的液体喷出头的制造方法的立体图，其中：

图8A是元件基板；

图8B是在元件基板上形成了下树脂层和上树脂层的状态；

图8C是形成了被覆树脂层的状态；

图8D是形成了供给口的状态；

图8E是将内部的下树脂层和上树脂层溶解流出后的状态。

图9A、9B、9C、9D、9E是用于说明本发明第1实施方式的液体喷出头的各制造工序的第1纵向剖视图，其中：

图9A是元件基板；

图9B是在元件基板上形成了下树脂层的状态；

图9C是在元件基板上形成了上树脂层的状态；

图9D是在元件基板上已形成的上树脂层上进行图案形成，并在侧面形成了倾斜的状态；

图9E是在元件基板上已形成的下树脂层上进行图案形成的状态。

图10A、10B、10C、10D是用于说明本发明第1实施方式的液体喷出头的各制造工序的第2纵向剖视图，其中：

图10A是形成了作为喷出孔基板的被覆树脂层的状态；

图10B是形成了喷出口部的状态；

图10C是形成了供给口的状态；

图10D是通过使内部的下树脂和上树脂层溶解流出来完成了液体喷出头的状态。

图11是表示通过电子射线照射使上树脂层和下树脂层发生化学变化的化学反应式。

图12是曲线图，它表示下树脂层和上树脂层材料在210～330nm区域的吸收光谱曲线。

图13是用于说明本发明第2实施方式的液体喷出头的一个加热器与喷嘴的组合结构的局部剖视立体图。

图14是用于说明本发明第2实施方式的液体喷出头的一个加热器与喷嘴的组合结构的侧面剖视图

图15是用于说明本发明第3实施方式的液体喷出头的一个加热器与喷嘴的组合结构是局部剖视立体图。

图16是用于说明本发明第3实施方式的液体喷出头的一个加热器与喷嘴的组合结构的侧面剖视图。

图17A、17B是用于说明本发明第4实施方式的液体喷出头的一个加热器与喷嘴的组合结构的局部剖视立体图，其中：

图17A是第1列喷嘴；

图17B是第2列喷嘴；

图18A、18B、18C、18D、18E是用于说明本发明第4实施方式的液体喷出头的各制造工序的第1纵向剖视图，其中：

图18A是元件基板；

图18B是在元件基板上形成了下树脂层的状态；

图18C是在元件基板上形成了上树脂层的状态；

图18D是在元件基板上已形成的上树脂层上进行图类形成，并在侧面形成了倾斜的状态；

图18E是在元件基板上已形成的下树脂层上进行图类形成的状态。

图19A、19B、19C、19D是用于说明本发明第4实施方式的液体喷出头的各制造工序的第2纵向剖视图，其中；

图19A是形成了作为喷出孔基板的被覆树脂层的状态；

图19B是形成了喷出口部的状态；

图19C是形成了供给口的状态；

图19D是通过使内部的下树脂层和上树脂层溶解流出来完成液体喷出头的状态。

附图中符号说明

1、2、3、4液体喷出头

11、96元件基板

12、52、62、97喷出孔基板

16、101第1列喷嘴

17、102第2列喷嘴

20加热器

21绝缘膜

22保护膜

26、53、63喷出口部

26a、53a、63a、106、107喷出口

27、27a、54、64喷嘴

28、55、65供给室

31、56、66发泡室

31a、56a、66a第1发泡室

31b、56b、66b、109第2发泡室

31b’第2发泡室上面

31b”第2发泡室的侧壁倾斜部

32、57、67供给流路

33、58、68、108控制部

36、104供给口

38喷嘴过滤器

41上树脂层

42下树脂层

43被覆树脂层

98第1加热器

99第2加热器

具体实施方式

下面参照附图说明本发明中用于喷出油墨等液体喷出头的具体

实施方式。

首先说明本实施方式中所说的液体喷出头的大体情况。本实施方式的液体喷出头是一种采用通过热能来使油墨的状态发生变化的方式的液体喷出头，即，在喷墨记录方式中具有用于产生热能的装置，所产生的热能用于将液体的油墨喷出。通过使用这样的方式，可以使被记录的文字和图像等达到高密度化和高精细化。特别是在本实施方式中，利用发热电阻元件作为产生热能的装置，当油墨被该发热电阻元件加热而发生膜沸腾时，通过利用发生的气泡所形成的压力来将油墨喷出。

第1实施方式

下面将进行详细描述，但是如图1所示，第1实施方式的液体喷出头1，作为发热电阻元件的多个加热器每个都具有用于各自独立地形成作为油墨流路的喷嘴所需的隔离壁，这些隔离壁从喷出口延伸至供给口的附近。这样的液体喷出头1具有象在特开平4-10940号公报和特开平4-10941号公报中公开的喷墨记录方法中使用的油墨喷出装置，在油墨喷出时产生的气泡通过喷出口而与大气连通。

并且，液体喷出头1具备第1列喷嘴16和第2列喷嘴17，其中，第1列喷嘴具有多个加热器和多个喷嘴，各个喷嘴沿其纵向平行地排列；第2列喷嘴将供给室夹住并在与第1列喷嘴对向的位置排列。第1和第2列喷嘴16、17各自相邻的各个喷嘴之间的间隙形成600dpi的间距。而且，第2列喷嘴17的备个喷嘴相对于第1列喷嘴16的各个喷嘴，按照相邻各喷嘴的间距相互错开1/2间距的方式排列。

此外按照最优化的概念简单地说明具有第1和第2列喷嘴16、17的液体喷出头1，在所说第1和第2列喷嘴上高密度地排列着多个加热器和多个喷嘴。

通常，作为能够影响液体喷出头的喷出特性的物理量，在多个设置的喷嘴内的惯性(惯性力)和阻力(粘性阻力)起着较大的作用。在任意形状的流路内流动的非压缩性流体的运动方程式可用下面列出的两个公式表示。

Δ·V＝0(连续的式) ......式1

(v/t)+(v·Δ)v＝-Δ(P/ρ)+(μ/ρ)Δ²v+f

(纳维尔-斯托克斯方程) ......式2

对流项和粘性项的数值都很小，作为没有外力的参数，对式1和式2作近似处理，于是有

Δ²P＝0 ......式3

其中，压力用调和函数表示。

另外，在液体喷出头的场合，用图2所示的三开口模型和图3所示的等效电路来表现。

惯性可定义为在静止流体迅速起动时的“起动难度”。如果以电学表示，可以将其看成与阻碍电流变化的电感L具有相似的作用。按照机械的弹簧重量模式，它相当于重量(mass)。

如果用公式表示惯性，则可以用在向开口施加压力差时的流体体积V的二次时间微分来表示，也就是以流量F(＝ΔV/Δt)与时间微分之比，来表示。

(Δ²V/Δt²)＝(ΔF/Δt)＝(1/A)×P ......式4

其中，A：表示惯性。

例如，如果模拟地假定一种密度为ρ，长度为L、截面积为So的管型的管流路，则该模拟的一元管流路的惯性Ao可用

Ao＝ρ×L/So

表示，可以看出，Ao与流路的长度成正比而与截面积成反比。

根据图3所示的等效电路，可以模拟地预测和解析液体喷出头的喷出特性。

在本发明的液体喷出头中，喷出现象可以理解为由惯性流转变为粘性流的现象。特别是由加热器导致的在发泡室内的发泡初期，以惯性流为主；相反，在喷出后期(也就是从喷出口处生成的弯液面开始向油墨流路侧移动时起，至由于毛细管现象而使得油墨填充并恢复至喷出口的开口端面时为止的时间)，则以粘性流为主。这时，根据上述关系式，在发泡初期，根据惯性量的关系，对喷出特性，特别是对吐出体积和喷出速度所作的贡献增大，而在喷出的后期，阻力(粘性阻力)的大小对喷出特性，特别是对为了补充油墨所需要的时间(下文称为被充时间)所作的贡献增大。

此处，阻力(粘性阻力)可按照符合式1和

ΔP＝ηΔ²μ ......式5

的稳定的斯托克斯流动，如下所述求出粘性阻力B。另外，在喷出后期，在图2所示模型中，由于在喷出口附近生成弯液面，并且主要由于毛细管产生的虹吸力的作用，导致油墨流动，粘线阻力可以用二开口模型(一维流动模型)近似。

也就是说，可以通过描述粘性流体的Poiseuille方程式6求出。

(ΔV/Δt)＝(1/G)×(1/η){(ΔP/Δx)×S(x)} ......式6

式中，G为形状因子。另外，粘性阻力B是根据任意的压力差在流动的流体中引起的，因此，可以通过下式

B＝∫0L{G×η}/S(x)}Δx ......式7求出。

假定是一种密度ρ、长度L和截面积So的管型的管流路，则利用上述的式7，可使阻力(粘性阻力)成为

B＝8η×L/(π×So²) ......式8

从该式可以看出，粘性阻力近似地与喷嘴的长度成正比，而且与喷嘴截面积的二次方成反比。

这样，为了提高液体喷出头的喷出特性，特别是喷出速度、墨滴的喷出体积、补充时间的每一种特性，从惯性的关系考虑，其必要充分条件是要使从加热器至喷出口侧的惯性量对从加热器至供给口侧为惯性量之比尽可能地大，而且要使喷嘴内的阻力减小。

根据上述的观点，本发明的液体喷出头进而针对所谓高密度地设置多个加热器和多个喷嘴的命题，可以同时满足两方面的要求。

下面，对于实施方式中所说的液体喷出头，参照附图说明其具体结构。

如图4至图7所示，液体喷出头具有元件基板11和税孔基板12，其中，在元件基板11上设置有作为属于发热电阻元件的多个喷出能量发生元件的加热器20，而喷出孔基板12通过在上述元件基板11的主面上积层和接合来构成多个油墨流路。

元件基板11可以使用例如玻璃、陶瓷、树脂、金属等来形成，在一般情况下用Si来形成。

在元件基板11的主面上，对于各油墨流路的每一个流路，都分别设置有加热器20和用于向该加热器20施加电压的电极(图中未示)，以及按规定的配线线路图设置有用于与上述电极连接的配线(图中未示出)。

另外，在元件基板11的主面上，按照被覆着加热器20的方式设置有用于提高蓄热散发性的绝缘膜21(参照图8A至图8E)。另外，在元件基板11的主面上按照被覆着绝缘膜21的方式设置有用于保护上述主面的保护膜22，以避免该主面受到在气泡消除时产生的空穴的影响(参照图8A至图8E)。

喷出孔基板12按照厚度30μm左右由树脂材料形成。如图4，图5所示，喷出孔基板12具备用于喷出墨滴的多个喷出口部26，并具有可让油墨在其内部流动的多个喷嘴27以及用于向各喷嘴27供给油墨的供给室28。

喷嘴27具有喷出口部26、发泡室31和供给流路32，其中，喷出口部26具有用于喷出液滴的喷出26a；发泡室31通过作为喷出能量发生元件的加热器20的作用而在其内部的液体中产生气泡；供给流路32用于向发泡室31供给液体。

发泡室31包括第1发泡室31a和第2发泡室31b，其中，第1发泡室31a以元件基板11的主面作为底平面与供给流路32相连通，它通过加热器20的作用而在其内部的液体中产生气泡；第2发泡室31b设计成与第1发泡室31a平行于元件基板11的主面的上平面的开口相连通，从而允许第1发泡室31a中产生的气泡在第2发泡室31b中成长；喷出口部26设计成与第2发泡室31b的上平面的开口相连通，并且在喷出口部26的侧壁面与第2发泡室31b的侧壁面之间存在台阶高差。

喷出口部26的喷出口26a形成于与设置在元件基板11上的加热器20相对向的位置，在此处成为一个直径例如为15μm左右的圆孔。另外，喷出口26a也可根据喷出特性上的需要，形成一种放射状的大体上呈星形的开口。

第2发泡室31b成为圆锥台形的形状，其侧壁相对于与元件基板的主面垂直的平面以10～45°的倾斜度朝着喷出口的方向逐渐缩小，其上平面具有台阶高差并与喷出口部26的开口连通。

第1发泡室31a形成于供给流路32的延长线上，它与喷出口26对向的底平面大体上按矩形的形状形成。

此处，喷嘴27按照能使平行于元件基板11的主面的加热器20的主面与喷出口26a的最短距离成为小于30μm的方式来形成。

在喷嘴27中，与主面平行的第1发泡室31a的上平面和与邻接于发泡室31的供给流路32的上平面(与主面平行)成为同一平面而相连接，该供给流路的上平面通过相对于主面具有倾斜度地设置的台阶高差部，与邻接供给室28一侧的供给流路32的更高的上平面(平行于元件基板的主面)连接，从台阶高差部至第2发泡室31b的底平面的开口之间，形成控制部33，控制部33控制发泡室31内由于气泡引起的油墨流动。从元件基板11的主面至供给流路32的上平面的最大高度设计成低于从元件基板11的主面至第2发泡室31b的上平面的高度。

供给流路32按照其一端与发泡室31连通，同时其另一端与供给室28连通的方式来形成。

这样，在喷嘴27中，由于存在控制部33，因此使得，从与第1发泡室31a相邻接的供给流路32的一个端部开始，贯穿第1发泡室31a为止的部分相对于元件基板11的主面的高度，低于与供给室28相连的供给部32的另一个端部的高度。因此，在喷嘴27中，由于存在控制部33，所以使得，从与第1发泡室31a相邻接的供给流路32的一个端部开始，至贯穿第1发泡室31a为止的油墨流路的截面积要小于其他部分流路的截面积。

另外，如图4至图7所示，喷嘴27形成为直线状，其在平行于流路的元件基板11的主面的流路平面上与油墨流动方向垂直相交的宽度，在从供给室28开始至贯穿整个发泡室31为止的区域内大体上相等。另外，喷嘴27在形成时还应使得，与元件基板11的主面对向的各内壁面，在从供给室28开始至贯穿发泡室31为止的区域内都分别与元件基板11的主面相平行。

此处，喷嘴27在形成时应使得，与元件基板11的主面相对向的控制部33距对向面的高度成为例如14μm左右，并应使得，与元件基板11的主面相对向的供给室28距对向面的高度成为例如25μm左右。另外，喷嘴27在形成时应使得，与油墨的流动方向平行的控制部33长度成为例如10μm左右。

另外，在元件基板11上，在与喷出孔基板12邻接的主面的里面上，设置有用于从该里面侧向供给室28供给油墨的供给口36。

另外，在图4和图5中，在供给室28内与供给口36相邻接的位置，分别设置有用于通过过滤来除去各喷嘴27中的油墨内的尘粒的圆柱状喷嘴过滤器38，该过滤器38横跨在元件基板11与喷出孔基板12之间。喷嘴过滤器38设置在距供给口例如20μm左右的位置。另外，在供给室28内的各喷嘴过滤器38的间距例如为10μm左右。使用该喷嘴过滤器38，可以防止尘粒堵塞供给流路32和喷出口26，从而确保良好的喷出动作。

对于上述结构的液体喷出头1，说明它从喷出口26喷出墨滴的动作。

首先，在液体喷出头1中，由供给口36和供给室28内供给的油墨，按着分别供给到第1和第2列喷嘴16、17的各喷嘴27中。供给到各喷嘴27的油墨，沿着供给流路32流动并填充入发泡室31内。填充到发泡室31内的油墨，借助于由加热器20导致的膜沸腾而产生的气泡的成长压力的作用，沿着大体上与元件基板11的主面相垂直的方向飞翔，并作为墨滴从喷出口部26的喷出口26a喷出。

填充在发泡室内的油墨，当在第1发泡室31a内借助于由加热器20导致的膜沸腾而产生的气泡的成长压力的作用而经由第2发泡室32b喷出时，相对于基板垂直地飞翔，其理由是，第2发泡室31b呈圆锥台的形状，其侧壁相对于与元件基板主面垂直的平面按10～40°的倾斜度朝喷出口方向渐逐缩小，其上平面按照具有台阶高差的方式与喷出口26的开口相连通，因此，从元件基板11至喷出口26a的方向，一边使油墨的体积逐淅地减小，一边进行整流，于是在喷出口26a的附近，当液滴飞翔时，飞翔的液滴就相对于基板垂直地飞翔。

当填充在发泡室31内的油墨喷出时，发泡室31内的油墨的一部分由于发泡室31内产生的气泡的压力而变成向供给流路32一侧流动。在液体喷出头1中，当发泡室31内的油墨的一部分向供给流路32一侧流动时，由于控制部33的存在而使得供给流路32的流路变窄，因此，对于从发泡室31一侧通过供给流路32而向供给室28一侧流动的油墨来说，控制部33就起到一种流体阻力的作用。因此，在液体喷出头1中，由于控制部33可以抑制填充在发泡室31内的油墨向供给流路32一侧流动，因此可以防止发泡室31内的油墨减少，从而能够很好地确保油墨的喷出体积，并能抑制由喷出口喷出的液滴的喷出体积发生波动，从而能够正确地确保喷出体积。

在液体喷出头1中，假设从加热器20至喷出口26的惯性为A1、从加热器20至供给口36的惯性为A2、喷嘴27的全部的惯性为A0，则向喷出头的喷出口26a一侧的能量分配比η可由下式

η＝(A1/A0)＝{A2/(A1+A2)} ......式9

表示。另外，各惯性值可以使用例如三元有限要素法解算器，通过解析拉普拉斯(Laplace)方程式来求出。

通过上述方程，液体喷出头1在喷出头的喷出口26a一侧的能量分配比η为0.59。通过使液体喷出头1的能量分配比η与传统的液体喷出头等值，就可以使喷出速度和喷出体积的值维持在与传统技术相同的程度。另外，能量分配比η优选满足0.5＜η＜0.8的关系。当液体喷出头1的能量分配比η在0.5以下时，不能确保良好的喷出速度和喷出体积，而当能量分配比在0.8以上时，油墨的流动性就变得不好，从而不能进行补充。

另外，当液体喷出头使用例如染料系的黑色油墨(表面张力47.8×10^-3N/m，粘度1.8cp，pH9.8)作为油墨的场合，液体喷出头1与传统的液体喷出头相比，可以将喷嘴27内的粘性阻力值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，通过测定喷嘴27的长度及其截面积，就能容易地算出。

也就是说，已知惯性A与喷嘴的长度(L)成正比，而与平均截面积(SΔV)成反比。

按照本发明，通过降低从加热器至喷出口的平均截面积，可以达到这样的目标，即，借助于由加热器产生的气泡，使得喷嘴内的油墨作为从喷出口喷出的液滴，更稳定和更有效率地飞翔。

因此本实施方式的液体喷出头1，与传统的液体喷出头相比，可以将喷出速度提高约40％，同时得以实现25～30kHz左右的喷出频率应答性。

下面参照图8A至8E和图9A至9E，简单地说明具有以上结构的液体喷出头1的制造方法。

液体喷出头1的制造方法按照下述工序进行，这些工序包括：形成元件基板11的第1工序；用于在元件基板11上分别形成构成油墨流路的下树脂层42和上树脂层41的第2工序；用于在上树脂层41上形成所需的喷嘴图案的第3工序；在该树脂层的侧面形成倾斜的第4工序；在下树脂层42上形成所需喷嘴图案的第5工序。

进而，在该液体喷出头1的制造方法中，再通过下述工序来制造液体喷出头1，这些工序包括：在上、下树脂层41、42上形成构成喷出孔基板12的被覆树脂层43的第6工序；在被覆树脂层43上形成喷出口部26的第7工序；在元件基板11上形成供给口36的第8工序；将上、下树脂层41、42溶解出来的第9工序。

第1工序是用于形成元件基板11的基板形成工序，如图8A和图9A所示，在例如Si芯片的主面上通过图案形成处理等来形成多个加热器20以及用于向这些加热器20施加电压的预定的配线，然后形成用于被覆加热器20以便提高其蓄热扩散性的绝缘膜21，最后设置用于被覆绝缘膜21以便保护主面以使其不受在气泡消失时产生的空穴的影响的保护膜22，从而形成了元件基板11。

第2工序是涂布工序，如图8B、图9B和图9C所示，连续地利用旋转涂法在元件基板11涂布下树脂层42和上树脂层41，这两层树脂都是可以通过使用作为波长在330nm以下的紫外光的深UV光(下文称为DUV光)照射来使其分子中的化学键破坏，从而转变成可以溶解的树脂层。在该涂布工序中，通过使用由于脱水缩合反应而引起热交联的树脂材料作为下树脂层42，可以使得，在用旋转涂布上树脂层41时，能够防止下树脂层42和上树脂层41的各树脂层之间的相互熔融。作为下树脂层42，可以使用例如把通过甲基丙烯酸甲酯(MMA)与甲基丙烯酸(MAA)进行自由基聚合而获得的二元共聚物(P(MMA-MAA)＝90∶10)用环己酮溶剂溶解而形成的溶液。另外，作为上树脂层41，例如可以使用通过将聚甲基·异丙烯基酮(PMIPK)用环己酮溶剂溶解而获得的溶液。通过作为下树脂层42使用的二元共聚物(P(MMA-MAA))的脱水缩合反应来形成热交联膜的化学反应式示于图11中。该脱水缩合反应通过在180～200℃的温度下加热30分钟～2小时来进行，这样可以形成较牢固的交联膜。应予说明，该交联膜本来是溶剂不溶型的，但是通过用DUV光等的电子射线照射，引起了如图11所记载的分解反应并使其低分子化，从而使得，只有被电子射线照射的区域才成为溶剂可溶性的。

第3工序是图案形成工序，如图8B和图9D所示，使用一种用于照射DUV光的曝光装置，在该曝光装置上安装有作为波长选择手段的能够阻断波长小于260nm的DUV光的滤光片，通过照射一种只透过260nm波长以上，波长在260～330nm附近的近紫外光(下文称NUV光)来使上树脂层41曝光和显影，借此来在上树脂层41上形成所需的喷嘴图案。在该第3工序中，当在上树脂层上形成喷嘴图案时，对于上树脂层41和下树脂层42，二者对波长在260～330nm附近的NUV光的感光度之比为约40∶1以上的差异，因此下树脂层42不感光，所以下树脂层42的P(MMA-MAA)不会分解。另外，由于下树脂层42是热交联膜，所以不会溶解在使上树脂层显影时的显像液中。图12中示出了下树脂层42和上树脂层41二者在210～330nm波段的材料吸收光谱曲线。

第4工序是如图8B和图9D所示，通过对已进行了图案形成处理的上树脂层41在140℃的温度下加热5-20分钟，以便能够在该上树脂层的侧面形成10～40°的倾斜。该倾斜角度与上述图案的体积(形状·膜厚)和加热温度·时间有关，可以在上述角度范围内控制为指定的角度。

第5工序是用于形成图案的图案形成工序，如图8B和图9E所示，利用上述的曝光装置照射波长为210～330nm的DUV光，通过使下树脂层曝光和显影来在下树脂层42上形成所需的喷嘴图案。另外，在下树脂层42中使用的P(MMA-MAA)材料的析像力高，即使其厚度为5～20μm左右，也能形成一种侧壁的倾斜角为0～5度左右的沟槽结构。另外，如果需要，可以将图案形成后的树脂层42加热至120～140℃左右；这样可以使该下树脂层42的侧壁形成更为倾斜的形状。

第6工序是涂布工序，在已形成了喷嘴图案的、能够利用DUV光来破坏其分子中的交联键从而使其变成可溶性的上树脂层41和下树脂层42上，如图10A所示，涂布一层用于构成喷出孔基板12的透明被覆树脂层43。

第7工序是像图8C和图10B所示那样，利用曝光装置在上述被覆树脂层43上照射紫外光，通过使相当于喷出口部26的那部分树脂曝光和显影来将其除去，从而形成喷出孔基板12。在该喷出孔基板12上形成的喷出口部26的侧壁的倾斜度，优选是相对于与元件基板垂直的平面形成尽可能在0°附近的角度。但是，只要在0～10°左右，就不会使液滴的喷出特性发生问题。

第8工序是像图8D和图10C所示那样，通过对元件基板11的里面进行化学蚀刻处理等在元件基板11上形成供给口36。作为化学蚀刻处理，例如可以使用强碱性溶液(KOH、NaOH、TMAH)进行各向异性的蚀刻处理。

第9工序是像图8E和图10D所示那样，通过从元件基板11的主表面一侧，透过被覆树脂层43照射波长为330nm以下的DUV光，使位于元件基板11和喷出孔基板12之间作为喷嘴型材的上、下树脂层41、42分别经由供给口36溶解出来。

这样便能获得具备喷嘴27的芯片，而所说的喷嘴27具有喷出口26a和供给口36以及将二者连通的供给流路32，并在该供给流路32中具有形成台阶高差状的控制部33。通过将该芯片与用于驱动加热器20的配线基板(图中未示出)等进行电连接，便能获得液体喷出头。

另外，按照上述液体喷出头1的制造方法，所说的上树脂层41和下树脂层42可以利用DUV光破坏其分子中的交联键，从而变成可溶性的树脂层，通过将上树脂层41和下树脂层42制成相对于元件基板11的厚度方向为阶梯状的结构，就可以在喷嘴27内形成具有三级以上台阶高差状的控制部。例如，使用一种对波长在400nm以上的光具有感光度的树脂材料构成处于上树脂层上侧的更上层，就能形成多阶段的喷嘴结构。

本实施方式中所说的液体喷出头1的制造方法优选是基本上根据特开平4-10940号公报、特开平4-10941号公报中公开的喷墨记录方法作为油墨喷出手段的液体喷出头的制造方法。在上述各公报中提供的方法是使由加热器产生的气泡与大气相通的墨滴喷出方法，这些公报还提供了能够喷出例如50pl以下这样微少量的墨滴的液体喷出头。

在液体喷出头1中，由于气泡与大气相通，因此，从喷出口26a喷出的墨滴的体积，与位于加热器20和喷出口26a之间的油墨体积即填充在发泡室31内的油墨体积有很大的依赖关系。换句话说，喷出的墨滴的体积大体上由液体喷出头1的喷嘴27的发泡室31部分的结构决定。

因此，液体喷出头1可以输出不存在油墨深浅不匀的高质量的图像。本发明中所说的液体喷出头由于具有可使气泡与大气相通的结构，因此，当将其用于在加热器和喷出口之间的最短距离在30μm以下的液体喷出头时，可以获得最大的效果，但是，只要是能使墨滴沿着与设置有加热器的元件基板的主面相垂直的方向飞翔的液体喷出头，则作任一种喷出头都有效地起作用。

如上所述，液体喷出头1由于设置有圆锥台形的第2发泡室31b，因此，沿着从元件基板11至喷出口26a的方向，一边使油墨的体积逐渐地减少，一边进行整流，所以在喷出口26a的附近，当液滴飞翔时，飞翔的液滴相对于元件基板11垂直地飞翔。另外，由于设置有用于控制发泡室31内的油墨的流动状态的控制部33，固此能使喷出的墨滴的体积稳定化，从而提高墨滴的喷出效率。

(第2实施方式)

在第1实施方式中，在第1发泡室31a上平面形成圆锥台形的第2发泡室31b，该第2发泡室31b的结构是其侧壁相对于与元件基板11的主面相垂直的平面呈10-45°的角度倾斜，并且沿喷出口部26的方向逐渐缩小，但是，第2实施方式的液体喷出头2具有能使填充在发泡室内的油墨更容易流向喷出口的结构。应予说明，在该液体喷出头2中，对于与上述液体喷出头1相同的部件均标上相同的符号，但省略了说明。

在第2实施方式的液体喷出头2中，与第1实施方式同样，发泡室56具有可借助加热器20的作用而产生气泡的第1发泡室56a以及配置于从上述第1发泡室56a至喷出口部53的途中的第2发泡室56b，该第2发泡室56b的侧壁相对于与元件基板11的主面垂直的平面，构成10-45°的倾斜，并且沿喷出口部53的方向逐渐缩小，另外，在第1发泡室56a中，用于把多个排列在一起的第1发泡室56a个别地分隔开而设置的壁面，相对于与元件基板11的主面垂直的平面按0-10°的倾斜沿喷出口方向逐渐缩小，而在喷出口部53中，其壁面相对于与元件基板11的主面垂直的平面按0-5°的倾斜沿喷出口53a的方向逐渐缩小。

如图13和图14所示，液体喷出头2的喷出孔基板52由树脂材料形成，其厚度为30μm左右。喷出孔基板52象前面参照图1说明的那样，它具有用于喷出墨滴的多个喷出口53a、用于使油墨流动的多个喷嘴54以及用于向各个喷嘴54供给油墨的供给室55。

喷嘴54具有喷出口部53、发泡室56和供给流路57，其中，喷出口部53具有用于喷出液滴的喷出53a；发泡室56通过作为喷出能量发生元件的加热器20的作用而在其内部的液体中产生气泡；供给流路57用于向发泡室56供给液体。

发泡室56包括第1发泡室56a和第2发泡室56b，其中，第1发泡室56a以元件基板11的主面作为底平面并与供给流路57相连通，它通过加热器20的作用而在其内部的液体中产生气泡；第2发泡室56b设计成与平行于第1发泡室56a的元件基板11的主面的上平面的开口相连通，从而允许第1发泡室56a中产生的气泡在第2发泡室56b中成长；喷出口部53设计成与第2发泡室56b的上平面的开口相连通，并且在喷出口部53的侧壁面与第2发泡室56b的侧壁面之间存在台阶高差。

喷出口53a形成于与元件基板11上的加热器20相对向的位置，成为一个直径例如为15μm左右的圆孔。另外，喷出53a也可根据喷出特性上的需要，形成一种放射状的大体上呈星形的开口。

第1发泡室56a与喷出口53a对向的底平面大体上按矩形形成。另外，第1发泡室56a的形成应使得与元件基板11的主面平行的加热器20的主面与喷出口53a之间的最短距离OH在30μm以下。加热器20象参照图1说明的那样在元件基板11上按多个排列，当其排列密度为600dpi的场合，各加热器的间距约为42.5μm。当第1发泡室56a沿加热器排列方向的宽度为35μm时，用于将各加热器隔开的喷嘴器壁的宽度约为7.5μm。第1发泡室56a从元件基板11的表面算起的高度为10μm。在第1发泡室56a上平面形成的第2发泡室56b的高度为15μm，在喷出孔基板52上形成的喷出口部53的高度为5μm。喷出53a的形状为圆形，其直径为15μm。第2发泡室56b的形状为圆锥台形，当它与第1发泡室56a连接的底平面的直径为30μm的场合，将第2发泡室的侧壁形成20°的倾斜，喷出口部53侧的上平面的直径为19μm。而且它按照具有约2μm的台阶高差与直径15μm的喷出口部53相连接。

当在第2发泡室的上面形成喷出口部的场合，由于会发生制法上的公差，因此，上述台阶高差就是为了使第2发泡室与喷出口部稳定地连通而设置的设计尺寸。因此，喷出口部的中心轴与第2发泡室的上平面的中心轴不必一致。

在第1发泡室56a中产生的气泡朝着第2发泡室56b和供给流路57两个方向成长，而填充在喷嘴54内的油墨在喷出口部53中被整流，然后从配置在喷出孔基板上的喷出口53a中飞翔出来。

供给流路57按照其一端与发泡室56连通，而另一端与供给室55连通的方式形成。

此处，第2发泡室56b的侧壁设计成倾斜状，第1发泡室56a的侧壁也设计成倾斜状，这样就可以借助于在第1发泡室56a内发生气泡，促使填充在喷嘴内的油墨以更高的效率向喷出口部53移动。然而，第1发泡室56a、第2发泡室56b和喷出口部53都是用光刻法形成的，这样虽然能够以较高精度完成，但是不一定能完全无偏差地形成，有可能产生超微水平的定位误差。因此，为了使油墨能够沿着与元件基板11的主面垂直的方向笔直地飞翔，在喷出口部53处必须将油墨的飞翔方向正确地整流。为此，喷出口部53的侧壁的取向优选尽可能地平行于与元件基板11的主面垂直的方向，也就是接近于0°的值。

但是，为了使飞翔的墨滴变得更小，喷出口的开口面积必须做得更小，其结果，喷出口部53的高度(长度)对开口之比增大，因此使得在该部分的油墨的粘性阻力明显增加，从而导致飞翔墨滴的喷出特性劣化。因此，第2实施方式的液体喷出头2的结构使得，在第1发泡室中产生的气泡在到达第2发泡室后能较容易地成长，而且填充在喷嘴内的油墨在第2发泡室中的流动性也良好，并且能对飞翔油墨的喷出方向起到整流作用。此处，既与从元件基板11的表面至喷出口53a的距离有关，而且也与第2发泡室的高度有关，该第2发泡室的高度优选为3～25μm左右，更优选为5～15μm左右。另外，喷出口部53的长度优选为1～10μm左右，更优选为1～3μm左右。

另外，如图13所示，喷嘴54具有直线状，其中，与油墨流动的方向垂直、同时与元件基板11的主面平行的流路的宽度，从供给室55开始至贯穿发泡室56为止基本上是恒定的。另外，喷嘴54与元件基板11的主面对向的内壁面，从供给室55开始至贯穿发泡室56为止，形成与元件基板11的主面平行的形状。

对于具有上述结构的液体喷出头2，下面说明从喷出口53a喷出油墨的动作。

首先，在液体喷出头2中，由供给口36和供给室55内的油墨分别供给到第1和第2列喷嘴的各喷嘴54中。供给到各喷嘴54中的油墨沿着供给流路57流动并填充到发泡室56内。借助于由加热器20引起的膜沸腾所导致产生的气泡的成长压力，使得填充到发泡室56内的油墨沿着大体上与元件基板11的主面垂直的方向飞翔，最后成为墨滴从喷出口53a喷出。

当填充在发泡室56内的油墨向外喷出时，发泡室56内的油墨的一部分由于受到在发泡室56内产生的气泡的压力的作用而向供给流路57一侧流动。在液体喷出头2中，在第1发泡室56a中产生的气泡的压力也立即传送到第2发泡室56b中，于是使得第1和第2发泡室56a、56b的油墨都向第2发泡室56b内移动。这时，由于内壁是倾斜的，因此在第1和第2发泡室56a、56b内成长的气泡可以减少由于与内壁接触所引起的压力损失，从而能在向喷出口53a移动时很好地成长。然后，在喷出口部53中被整流了的油墨从配置于喷出孔基板52上的喷出口53a喷出，并沿着与元件基板11的主面垂直的方向飞翔。另外，也能良好地确保墨滴的喷出体积。因此，液体喷出头2可以使得从喷出口53a喷出的墨滴的喷出速度高速化。

因此，与传统的液体喷出头相比，液体喷出头2可以提高根据喷出速度和喷出体积算出的墨滴的运动能量，从而可以提高喷出效率，同时，与上述的液体喷出头1同样地能使喷出频率特性高速化。

下面简单地说明具有上述结构的液体喷出头2的制造方法。液体喷出头2的制造方法与上述液体喷出头1的制造方法基本上相同，因此，对于同一种部件就注上相同的符号，同时对于相同的工序就省略了说明。

液体喷出头2的制造方法，根据上述液体喷出头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，如图8A和图9A所示，例如在Si芯片上通过图案形成处理等来形成多个加热器20以及用于向这些加热器20施加电压的预定的配线。

第2工序是涂布工序，如图8B、图9B和图9C所示，就是连续地利用旋转涂布方法在元件基板11上涂布下树脂层42和上树脂层41，这两层树脂层都是可以通过使用作为波长在330μm以下的紫外光的DUV光照射来使其分子中的化学键破坏，从而转变成可以溶解的树脂层。下树脂层42的膜厚为10μm，上树脂层41的膜厚为15μm。

第3工序是图案形成工序，如图8B和图9D所示，使用一种用于照射DUV光的曝光装置，在该曝光装置上安装有作为只允许波长在260μm以上的光线透过的波长选择手段，能够阻断波长小于260μm的DUV光的滤光片，通过照射波长为260～330μm附近的DUV光来使上树脂层41曝光和显影，借此来在上树脂层41上形成所需的喷嘴图案。

第4工序是如图8B和图9D所示，通过对已进行了图案形成处理的上树脂层41在140℃的温度下加热10分钟，以便在该上树脂层41的侧面形成20°的倾斜。

第5工序是图案形成工序，如图8B和图9E利用上述曝光装置照射波长为210～330nm的DUV光，通过使下树脂层42曝光和显影来在下树脂层42上形成所需的喷嘴图案。

第6工序是涂布工序，在形成喷嘴图案后的、能够利用DUV光来破坏分子中的交联键从而使其变成可溶性的上树脂层41和下树脂层42上，如图10A所示，涂布一层用于构成喷出孔基板12的透明被覆树脂层43。该被覆树脂层43的膜厚为30μm。

第7工序是象图8C和图10B所示那样，利用曝光装置在上述被覆树脂层43上照射紫外光，通过使相当于喷出口部53的那部分树脂曝光和显影来将其除去，从而形成喷出孔基板12。该喷出口部53的长度为5μm。

第9工序是像图8E和图10D所示那样，通过从元件基板11的主表面一侧，透过被覆树脂层43照射波长为330nm以下的DUV光，使位于元件基板11和喷出孔基板12之间作为喷嘴模塑材料的上、下树脂层41、42分别溶解出来。

这样便能够获得具备喷嘴54的芯片，而所说的喷嘴54则具有喷出口53a和供给口36以及将二者连通的供给流路57，并在该供给流路57中具有形成台阶高差状的控制部58。通过将该基片与用于驱动加热器20的配线基板(图中未示出)等进行电连接，便能获得液体喷出头2。

如上所述，液体喷出头2由于设置有圆锥台形的第2发泡室56b，并且将第1发泡室56a的壁面设置成倾斜状，因此，沿着从元件基板11至喷出53a的方向，一边使油墨的体积逐渐减少，一边进行整流，所以在喷出口53a的附近，当液滴飞翔时，飞翔的液滴相对于元件基板11垂直地飞翔。另外，由于设置有用于控制发泡室56内的油墨的流动状态的控制部58，因此能使喷出的墨滴的体积稳定化，从而提高墨滴的喷出效率。

(第3实施方式)

下面参照附图简单地说明第3实施方式的液体喷出头3，注意，液体喷出头3的第1发泡室的高度比液体喷出头2的低，而其第2发泡室的高度则比液体喷出头2的高。应予说明，在该液体喷出头3中，对于与上述液体喷出头1、2相同的部件，标上同一种符号但省略了说明。

在第3实施方式的液体喷出头3中，与第1实施方式同样，发泡室66具有可借助加热器20的作用而产生气泡的第1发泡室66a以及配置于从上述第1发泡室66a至喷出口部63的途中的第2发泡室66b，该第2发泡室66b的侧壁相对于与元件基板11的主面垂直的平面，构成10～45°的倾斜，并且沿喷出口部63的方向逐渐缩小，另外，在第1发泡室66a中，用于把多个排列在一起的第1发泡室66a个别地分隔开而设置的壁面，相对于与元件基板11的主面垂直的平面按0～10°的倾斜朝喷出口方向逐渐缩小，而在喷出口部63中，其壁面相对于与元件基板11的主面垂直的平面按0～5°的倾斜朝喷出口63a的方向逐渐缩小。

如图15和图16所示，液体喷出头3的喷出孔基板62由树脂材料形成，其厚度为30μm左右。喷出孔基板62象前面参照图1说明的那样，它具有用于喷出墨滴的多个喷出口63a、用于使油墨流动的多个喷嘴64以及用于向各个喷嘴64供给油墨的供给室65。

喷出口63a形成于与元件基板11上的加热器20相对向的位置，成为一个直径例如为15μm左右的圆孔。另外，喷出口63a也可根据喷出特性上的需要，形成一种放射状的大体上呈星形的开口。

第1发泡室66a与喷出口63a对向的底平面大体上按矩形状形成。另外，第1发泡室66a的形成应使得与元件基板11的主面平行的加热器20的主面与喷出口63a之间的最短距离OH在30μm以下。第1发泡室66a的上平面从元件基板11的表面算起的高度例如按8μm来形成。在第1发泡室66a上面形成为第2发泡室66b的高度按照18μm来形成。第2发泡室66b成为四角锥台形的形状，在第1发泡室66a一侧的一条边长为28μm，其角按R＝2μm来形成。并且，第2发泡室66b的侧壁相对于与元件基板11的主面垂直的平面具有15°的倾斜，以便使该侧壁在朝向喷出口部63一侧逐渐缩小。而且，第2发泡室66b的上平面与直径为15μm的喷出口部63按照最少约为1.7μm的台阶高差相连通。

在喷出孔基板62上形成的喷出口部63的高度为4μm。喷出口63a的形状为圆形，直径为15μm。

在第1发泡室66a中产生的气泡朝着第2发泡室66b和供给流路67两个方向成长，而填充在喷嘴64内的油墨在喷出口部63中被整流，然后从配置在喷出孔基板62上的喷出口63a飞翔出来。

供给流路67按照其一端与发泡室66连通，而另一端与供给室65连通的方式形成。

第1发泡室66a在元件基板上形成。由于使其高度降低，因此使得由与第1发泡室66a相邻接的供给流路67的一端至贯穿第1发泡室66a的油墨流路的截面积也形成得较小，从而使得在与第2实施方式的液体喷出头2的喷嘴54相比时，其截面积更为减小。

另一方面，由于第2发泡室66b的高度增高了，因此，在第1发泡室66a中产生的气泡的压力容易传到第2发泡室66b中。并且使得该压力较难从第1发泡室66a传到一端与其连通的供给流路67中，从而可以使得油墨向喷出口部63的移动变得更快和更有效地进行。

另外，喷嘴64为直线形，其在与油墨的流动方向垂直同时与元件基板11的主面平行的流路的宽度，从供给室65至贯穿发泡室66为止基本上恒定。另外，喷嘴64与元件基板11的主面对向的内壁面，从供给室65至贯穿发泡室66为止，形成与元件基板11的主面平行的形状。

对于具有上述结构的液体喷出头3，下面说明从喷出口63a喷出油墨的动作。

首先，在液体喷出头3中，供给口36和供给室65内的油墨分别供给到第1和第2列喷嘴的各喷嘴64中。供给到各喷嘴64中的油墨沿着供给流路67流动并填充到发泡室66内。借助于加热器20引起的膜沸腾所导致产生的气泡的成长压力，使得填充在发泡室66内的油墨沿着大体上与元件基板11的主面垂直的方向飞翔，最后成为墨滴从喷出口63a喷出。

当填充在发泡室66内的油墨向外喷出时，发泡室66内的油墨的一部分由于受到第1发泡室66a内产生的气泡的压力的作用而向供给流路67一侧流动。在液体喷出头3中，当第1发泡室66a内的油墨的一部分向供给流路67一侧流动时，由于第1发泡室66a的高底变低，使得供给流路67变狭，因此，对于从第1发泡室66a一侧通过供给流路67而向供给室65一侧流动的油墨，供给流路67的流路对流体的阻力值就增加了。因此，液体喷出头3能够更好地抑制填充在发泡室66内的油墨向供给流路67一侧流动，所以使得从第1发泡室66a向第2发泡室66b的气泡成长更为顺利，油墨的流动性也变得更容易向喷出口一侧流动，从而能够更好地确保油墨的喷出体积。

另外，在液体喷出头3中，由于从第1发泡室66a传送至第2发泡室66b的气泡压力具有更高的效率，而且第1发泡室66a和第2发泡室66b的壁面是倾斜的，因此可以抑制当第1发泡室66a和第2发泡室66b内成长的气泡在与发泡室66的内壁接触时所导致的压力损失，从而可以使气泡良好地成长。因此，液体喷出头3可以加快从喷出口63a喷出的油墨的喷出速度。

使用上述的液体喷出头3可以使第1发泡室66a和第2发泡室66b内的油墨的移动变得更快，并能较好地减小阻力，而且，由于喷出口部的长度变短，因此，与液体喷出头1、2相比，油墨的整流作用可以更迅速地进行，从而可以进一步地提高油墨的喷出效率。

(第4实施方式)

最后，在上述的液体喷出头1至3中，第1列喷嘴16和第2列喷嘴17的各喷嘴都是等同地形成，但是，第4实施方式的液体喷出头4，其第1列喷嘴和第2列喷嘴的形状和加热器的面积都互不相同，下面参照附图来说明液体喷出头4。

如图17A、17B所示，在具备液体喷出头4的元件基板96上分别地设置有与元件基板主面平行的面积互不相同的第1和第2加热器98、99。

另外，在液体喷出头4的喷出孔基板97上，第1和第2列喷嘴101、102按照各自的喷出口106、107的开口面积和各喷嘴的形状互不相同地形成。第1列喷嘴101的各喷出口106形成为圆形孔。该第1列喷嘴101的各个喷嘴与上述液体喷出头2的结构相同，故省略其说明，但是，为了改善在发泡室内油墨的流动，在第1发泡室上形成第2发泡室109。另外，第2列喷嘴102的各喷出口107按放射状形成略带星形的形状。该第2列喷嘴102的各个喷嘴按照从发泡室至喷出口的油墨流路的截面积没有变化地形成为直线状。

另外，在元件基板96上设置有用于向第1和第2列喷嘴101、102供给油墨的供给口104。

喷嘴内的油墨的流动是由从喷出口飞翔出来的墨滴的体积Vd所导致的，在墨滴飞出来之后，弯液面的恢复作用是借助于由喷出口的开口面积所产生的毛细管力来进行的。此处，如果以喷出口的开口面积为S0、以喷出口开口边缘的外周长度为L1，以油墨的表面张力为γ，以油墨与喷嘴内壁的接触角为θ，则毛细管力P可用下式

P＝γcosθ×L1/S0

表示。另外，假设弯液面只是由于飞翔的墨滴的体积Vd所导致的，该液面能在喷出频率时间(补充时间t)后恢复，则

P＝B×(Vd/t)

的关系成立。

如果使用液体喷出头4，则第1和第2列喷嘴101、102的第1和第2加热器98、99的面积以及喷出口106、107的开口面积互不相同，因此可以从单一液体喷出头4飞翔出喷出体积各异的墨滴。

另外，液体喷出头4，作为从第1和第2列喷嘴101、102喷出的油墨物性值的表面张力、粘度、PH是相同时，与各喷嘴的结构相对应，作为惯性A和粘性阻力B的物理量可根据从各喷出口106、107喷出的墨滴的喷出体积来设定，从而可以使第1和第2列喷嘴101、102的喷出频率响应性基本相等。

也就是说，在液体喷出头4中，当从第1和第2列喷嘴101、102分别喷出的各墨滴的喷出量例如为4.0(p1)和1.0(p1)的场合，所谓各喷嘴系列101、102的补充时间t基本上相等，就是和喷出口106、107的开口边缘的外周L1与喷出口106、107的开口面积S0之比L1/S0与粘性阻力B基本上相等具有同样的含义。

下面参照附图说明具有上述结构的液体喷出头4的制造方法。

在液体喷出头4的制造方法中，除了在上、下树脂层41、42上分别形成喷嘴图案的各图案形成工序之外，其他工序皆与上述液体喷出头1、2的制造方法相同。液体喷出头4的制造方法，在图案形成工序中，如图18A、图18B和图18C所示，在元件基板96上分别形成了上、下树脂层41、42之后，如图18D和图18E所示，在第1和第2列喷嘴101和102上分别形成所需的各个喷嘴图案。也就是说，第1和第2列喷嘴101、102的各喷嘴图案相对于供给口104各自按照非对称的方式来形成。也就是说，在液体喷出头4的制造方法中，仅仅部分地改变了上、下树脂层41、42的喷嘴图案的形状，就能较容易地形成液体喷出头4。如图19A至19D所示以后的工序与第1实施方式中所说明的工序相同，故省略了说明。

按照上述的液体喷出头4，通过将第1和第2列喷嘴101、102各个喷嘴按照互不相同的结构来形成，可以使得从各喷嘴系列101、102中分别喷出其喷出体积互不相同的各种墨滴，从而可以容易地以一种能够达到高速化的最优频率稳定地喷出墨滴。

另外，按照液体喷出头4，由于利用毛细管力来调整流动阻力的平衡，因此在利用恢复机构进行恢复动作时，可以将油墨均匀而且迅速地吸引上来，同时可以简单地构成该恢复机构，因此可以提高液体喷出头4的喷出特性的可靠性，从而能够提供一种记录动作的可靠性、高的记录装置。

(发明效果)

如上所述，按照本发明中所说的液体喷出头，可以使得在第1发泡室内产生的气泡向第2发泡室内成长，并能使喷嘴内的油墨通过第2发泡室和喷出口部，作为飞翔的墨滴喷出，而且可以使喷出量稳定化和提高喷出效率。

另外，本发明中所说的液体喷出头可以抑制由于在第1发泡室内产生的气泡与第2发泡室的内壁接触所导致的压力损失，因此可以使发泡室内的油墨的流动迅速而高效地进行，从而可以达到喷出效率的提高和补充速度的高速化。

Claims

1.一种液体喷出头，它具备：

用于产生为了喷出液滴所需能量的喷出能量发生元件；

在主面上设置有上述喷出能量发生元件的元件基板；

具有用于喷出液滴的喷出口的喷出口部，具有借助于上述喷出能量发生元件而在内部液体中产生气泡的发泡室以及用于向上述发泡室供给液体的供给流路的喷嘴，用于向喷嘴供给液体的供给室，和与上述元件基板的主面接合的喷出孔基板；其特征在于：

上述发泡室包括第1发泡室和第2发泡室，其中，上述第1发泡室以上述元件基板的主面作为底平面并与上述供给流路相连通，而且借助于上述喷出能量发生元件的作用而在第1发泡室内部的液体中产生气泡；上述第2发泡室与上述第1发泡室连通并且与上述喷出口部连通，按照与上述基板垂直的方向，上述第2发泡室下平面的中心轴与上平面的中心轴一致，而且第2发泡室相对于其中心轴的上平面的截面积比下平面的截面积小，并且从上述第2发泡室的下平面至上平面，沿中心轴方向的截面积连续地变化；

而且，上述第2发泡室相对于其中心轴的上平面的截面积比上述喷出口部相对于其中心轴的截面积大。

2.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，上述第2发泡室的侧壁面相对于与上述元件基板主面垂直的平面，形成10～45°的倾斜，并且，从上述第2发泡室的下平面至上平面沿中心轴方向的截面积连续地变化。

3.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，

上述第1发泡室被用于将按平行状态排列的多个上述喷嘴分隔成各个喷嘴的喷嘴壁从3个方向包围着，并且

上述喷出口部的壁面相对于与上述元件基板主面相垂直的平面，是平行的。

4.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，

上述喷出口部的壁面相对于与上述元件基板主面相垂直的平面，具有10°以下的倾斜度。

5.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，

上述供给流路靠近上述供给室一侧与上述元件基板的主面平行的上平面，高于与上述第1发泡室的上平面为同一平面并连续起来的上述供给流路的上平面，并且按台阶高差的方式相互连续，并且

上述供给流路距上述元件基板表面的最大高度，低于从上述元件基板表面至上述第2发泡室上平面的高度。

6.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，在上述台阶高差部的附近，上述供给流路在与液体的流动方向相垂直的平面上的宽度，沿着上述喷出孔基板的厚度方向是变化的。

7.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，上述喷嘴按照可使由上述喷出口至上述供给室的流路的截面积分为多个台阶变化的方式来构成。

8.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，上述喷嘴按照液滴从上述喷出口飞翔出来的喷出方向与上述供给流路内流动的液体的流动方向相垂直的方式来形成。

9.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，上述喷嘴按照上述第1发泡室、第2发泡室和喷出口部的体积之总和，小于上述供给流路的体积的方式来形成。

10.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，依靠上述喷出能量发生元件产生的气泡在喷出时与大气连通。

11.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，上述喷出孔基板上设置有多个分别与上述喷出能量发生元件对应的喷嘴，该多个上述喷嘴分为第1列喷嘴和第2列喷嘴，其中，第1列喷嘴按照各喷嘴纵向平行方式排列，而第2列喷嘴按照夹持着上述供给室并与上述第1列喷嘴相对应的位置设置，并且按照各喷嘴纵向平行方式排列；并且

上述第2列喷嘴的上述各喷嘴纵向的中心线，相对与上述第1列喷嘴的上述各喷嘴纵向的中心线，按照相邻的上述各喷嘴之间错开1/2个间距的方式来排列。

12.一种液体喷出头的制造方法，

该液体喷出头具备：用于产生为了喷出液滴所需能量的喷出能量发生元件；在主面上设置有上述喷出能量发生元件的元件基板；具有用于喷出液滴的喷出口的喷出口部，具有借助于上述喷出能量发出元件而在内部液体中发生气泡的发泡室以及用于向上述发泡室供给液体的供给流路的喷嘴，用于向喷嘴供给液体的供给室，以及与上述元件基板的主面接合的喷出孔基板；

其特征在于，在该液体喷出头的制造方法中具有下列工序：

在主面上设置有喷出能量发生元件的元件基板上，涂布用于形成第1发泡室和供给流路的下部分图案的溶剂可溶型的热交联性有机树脂，并对其加热以形成热交联膜的工序；

在上述热交联膜上涂布用于形成第2发泡室和上述供给流路的上部分图案的溶剂可溶型的有机树脂的工序；

为了形成上述第2发泡室和上述供给流路的上部分图案而使用波长260～330nm区域的近紫外线来对上述有机树脂进行曝光、显影的工序；

把已进行了曝光、显影和图案形成工序的上述有机树脂在玻璃化转变点以下温度加热以形成10～45°倾斜的工序；

使用210～330nm区域的深紫外光对上述热交联膜进行曝光、显影的工序；

通过在上述两层溶剂可溶型膜形成的流路图案上涂布负片型有机树脂并对其进行曝光、显影、加热处理，以积层具有喷出口部的喷出孔基板的工序；

通过上述喷出孔基板，向在下层上形成的两层上述流路形成有机树脂照射深紫外光，然后利用溶剂来除去上述有机树脂，从而形成用于将液滴喷出的上述喷出口部，具有借助于上述喷出能量发生元件在液体中产生气泡的发泡室、以及用于向上述发泡室供给液体的供给流路的喷嘴，用于向上述喷嘴供给液体的供给室，以及与上述元件基板的主面结合的喷出孔基板的工序。

13.权利要求12所述的液体喷出头的制造方法，其中，上述第2发泡室和上述供给流路的上部分图案，是使用其中上述第2发泡室的图案是上述有机树脂的通常析像度的图案、而且上述供给流路上部分的图案是上述有机树脂限度析像度以下的图案的光掩模，并且使用260～330nm区域的近紫外线，通过图案转印来形成的。

14.如权利要求12所述的液体喷出头的制造方法，其中，上述第2发泡室和上述供给流路上部分的形成是在上述有机树脂的曝光、显影工序中区分完全除去树脂的区域、部分除去树脂的区域和完全不除去树脂的区域来进行。

15.如权利要求14所述的液体喷出头的制造方法，其中，在上述有机树脂的曝光、显影工序中，完全不除去树脂的区域形成上述第2发泡室，部分除去树脂的区域形成上述供给流路的上部分。

16.如权利要求12所述的液体喷出头的制造方法，其中，上述第1发泡室在上述元件基板上的高度为5～20μm，并且按照相对于与上述元件基板的主面垂直的平面具有0～10°倾斜的方式来形成。

17.如权利要求12所述的液体喷出头的制造方法，其中，用于形成上述第1发泡室和供给流路的热交联性有机树脂是通过将以甲基丙烯酸甲酯为主成分与甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯类进行共聚合得到的材料溶解于涂布溶剂中形成的。