JP2014240142A - Liquid discharge head, liquid discharge device, and manufacturing method of liquid discharge head - Google Patents

Liquid discharge head, liquid discharge device, and manufacturing method of liquid discharge head Download PDF

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Masataka Kato
雅隆 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid discharge head which enables a flow velocity of a liquid to be increased in a passage from a supply port to a pressure chamber.SOLUTION: A recording head 3 includes a supply port 11 for supplying a liquid in a pressure chamber 22. A rough surface, which increases a flow velocity of a liquid circulating in a passage by its surface being roughly formed, is formed at a position facing the passage 12 for circulating the liquid supplied from the supply port 11 to the pressure chamber 22.

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置及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 for discharging a liquid, a liquid discharge apparatus using the liquid discharge head, and a method for manufacturing the liquid discharge head.

液体吐出装置としては、液体吐出ヘッドから液体を記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置に用いられる液体吐出ヘッドとしては、液体流路にエネルギー発生素子が設けられ、エネルギー発生素子が駆動されることによりインク流路内の液体にエネルギーを付与することで吐出口から液体を吐出する形式のものがある。   As the liquid ejection apparatus, there is an ink jet recording apparatus that performs recording by ejecting liquid from a liquid ejection head onto a recording medium. As a liquid discharge head used in an ink jet recording apparatus, an energy generating element is provided in a liquid flow path, and the energy is applied to the liquid in the ink flow path by driving the energy generating element so that the liquid is discharged from the discharge port. There is a discharge type.

液体吐出ヘッドとしては、例えば、特許文献1に開示されたものがある。特許文献1には、供給口と圧力室との間の流路に鋸歯状の凹凸が形成されている液体吐出ヘッドとしての記録ヘッドが開示されている。記録ヘッドがこのように形成されることで、流路形成部材に応力が加わっても、応力が縁部に沿う分力と縁部に直交する分力とに分けられるので、流路形成部材が基板から剥離することが抑えられる。   An example of the liquid discharge head is disclosed in Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a recording head as a liquid ejection head in which serrated irregularities are formed in a flow path between a supply port and a pressure chamber. By forming the recording head in this way, even if stress is applied to the flow path forming member, the stress is divided into a component force along the edge and a component force orthogonal to the edge. Peeling from the substrate can be suppressed.

特開2003−80717号公報JP 2003-80717 A

しかしながら、特許文献1に開示された記録ヘッドでは、流路に形成された鋸歯状の凹凸が比較的大きく形成されている。そのため、特許文献1に開示された記録ヘッドでは、供給口と圧力室との間の流路を液体が流れる際の液体による壁面への接触角は、流路に面した位置の表面が平滑であるときよりも小さくはならない。また、記録ヘッドによって液体が吐出された後のリフィルの際に、メニスカスは、接触角が小さくなるような方向への力を受けない。従って、リフィルの際のメニスカスの移動速度は変化せず、リフィルの際のメニスカスの移動速度が不十分である可能性がある。   However, in the recording head disclosed in Patent Document 1, serrated irregularities formed in the flow path are formed relatively large. Therefore, in the recording head disclosed in Patent Document 1, the contact angle of the liquid to the wall surface when the liquid flows through the flow path between the supply port and the pressure chamber is such that the surface at the position facing the flow path is smooth. It will not be smaller than there is. In addition, the meniscus does not receive a force in such a direction that the contact angle becomes small during refilling after the liquid is ejected by the recording head. Therefore, the moving speed of the meniscus at the time of refilling does not change, and the moving speed of the meniscus at the time of refilling may be insufficient.

液体吐出装置において、通常、一旦液体が吐出されると、流路に液体が再び供給されて充填されるまでのリフィル時間の間は、次の液体の吐出を行うことができない。このリフィル時間が長くなると、次に液体の吐出が可能となるまでの時間が長くなってしまい、所定の記録画像を記録するのに必要とされる時間が長くなってしまう可能性がある。   In a liquid ejection apparatus, normally, once a liquid is ejected, the next liquid cannot be ejected during the refill time until the liquid is supplied again to the flow path and filled. If this refill time becomes longer, the time until the next liquid discharge becomes possible becomes longer, and there is a possibility that the time required to record a predetermined recorded image becomes longer.

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、供給口から圧力室に向かう流路における液体の流速が速められる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head, a liquid discharge apparatus, and a method for manufacturing a liquid discharge head that can increase the flow rate of liquid in a flow path from a supply port to a pressure chamber.

本発明は、内部に液体を貯留することが可能な圧力室と、前記圧力室の内部に貯留された液体にエネルギーを付与するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子によってエネルギーの付与された液体を吐出する吐出口と、前記圧力室の内部に液体を供給するための供給口と、前記供給口から前記圧力室へ供給される液体を流通させる流路とを有し、前記流路に面した位置に、表面が粗く形成されることによって、平滑な表面であるときよりも、前記流路を流通する液体の流速が速められる粗面が形成されていることを特徴とする。   The present invention includes a pressure chamber capable of storing a liquid therein, an energy generating element for applying energy to the liquid stored in the pressure chamber, and a liquid to which energy is applied by the energy generating element. A discharge port for discharging, a supply port for supplying a liquid to the inside of the pressure chamber, and a flow path for flowing the liquid supplied from the supply port to the pressure chamber, facing the flow path By forming the surface rough at the position, a rough surface is formed in which the flow velocity of the liquid flowing through the flow path is increased as compared with the case where the surface is smooth.

本発明によれば、液体が吐出されてからの液体のリフィルの速度を速めることができるので、液体吐出ヘッドによる液体の吐出周波数を高くすることができる。従って、単位時間当たりに記録を行うことのできる記録量を増加させることができ、記録をより効率的に行うことができる。   According to the present invention, since the speed of liquid refill after the liquid is discharged can be increased, the liquid discharge frequency by the liquid discharge head can be increased. Therefore, the amount of recording that can be recorded per unit time can be increased, and recording can be performed more efficiently.

本発明の第1実施形態に係る記録ヘッドの用いられたインクジェット記録装置について示した斜視図である。1 is a perspective view showing an ink jet recording apparatus using a recording head according to a first embodiment of the present invention. 図1のインクジェット記録装置によって用いられる記録ヘッドについて、一部を破断して内部の構成を示した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an internal configuration of a recording head used by the ink jet recording apparatus of FIG. 図2の記録ヘッドによって液体の吐出が行われる際の、気泡が発生して液体が吐出され、液体が再びリフィルされるまでのそれぞれの状態について示した記録ヘッドの断面図である。FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views of the recording head showing respective states until bubbles are generated and liquid is discharged and the liquid is refilled again when liquid is discharged by the recording head of FIG. 2. 図2の記録ヘッドの製造工程について示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head of FIG. 2. 本発明の第2実施形態に係る記録ヘッドの製造工程について示した断面図である。It is sectional drawing shown about the manufacturing process of the recording head which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る記録ヘッドの製造工程について示した断面図である。It is sectional drawing shown about the manufacturing process of the recording head which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置(液体吐出装置)について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置1について示した斜視図である。インクジェット記録装置1のキャリッジ2には、本発明の液体吐出ヘッドとしての記録ヘッド3と共に、記録ヘッド3に供給するインクを貯留するインクカートリッジ6が搭載可能に構成されている。インクカートリッジ6は、キャリッジ2に対して着脱自在になっている。なお、記録ヘッド3とインクカートリッジ6とは、一体に形成されていても良い。
(First embodiment)
Hereinafter, an ink jet recording apparatus (liquid ejection apparatus) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an ink jet recording apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. An ink cartridge 6 for storing ink to be supplied to the recording head 3 is mounted on the carriage 2 of the ink jet recording apparatus 1 together with the recording head 3 as a liquid ejection head of the present invention. The ink cartridge 6 is detachable from the carriage 2. Note that the recording head 3 and the ink cartridge 6 may be integrally formed.

インクジェット記録装置1は、カラー記録が可能であり、キャリッジ2にはマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、ブラック(K)のそれぞれの色のインクを収容した4つのインクカートリッジ6を搭載している。これら4つのインクカートリッジ6は、それぞれ独立に着脱可能である。   The ink jet recording apparatus 1 is capable of color recording, and the carriage 2 contains four ink cartridges 6 containing inks of respective colors of magenta (M), cyan (C), yellow (Y), and black (K). It is equipped with. These four ink cartridges 6 can be attached and detached independently.

キャリッジ2と記録ヘッド3とは、両部材同士の間の電気的な接触部が適正に接触することで、それぞれの部材の間が電気的に接続されるようになっている。記録ヘッド3は、記録信号に応じてエネルギーを印加することにより、複数の吐出口からインクを記録媒体(媒体)に選択的に吐出して記録を行う。特に、本実施形態の記録ヘッド3は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。   The carriage 2 and the recording head 3 are electrically connected to each other when the electrical contact portions between the two members are in proper contact with each other. The recording head 3 performs recording by selectively ejecting ink from a plurality of ejection ports onto a recording medium (medium) by applying energy according to a recording signal. In particular, the recording head 3 of the present embodiment employs an ink jet system that ejects ink using thermal energy.

インクジェット記録装置1には、キャリッジ2の主走査方向に沿って延びるように、ガイドシャフト13が配置されている。キャリッジ2は、ガイドシャフト13によって貫通されて支持されている。これにより、キャリッジ2は、ガイドシャフト13に沿って矢印A方向に摺動自在に案内支持されるようになっている。   In the ink jet recording apparatus 1, a guide shaft 13 is disposed so as to extend along the main scanning direction of the carriage 2. The carriage 2 is penetrated and supported by the guide shaft 13. Accordingly, the carriage 2 is guided and supported so as to be slidable in the direction of arrow A along the guide shaft 13.

キャリッジ2はキャリッジモータからの駆動力を伝達するための伝達機構としての駆動ベルト7の一部に連結されている。記録ヘッド3を搭載したキャリッジ2は、キャリッジモータの駆動力によって往復移動される。このように、キャリッジ2は、キャリッジモータの正転及び逆転によってガイドシャフト13に沿って、記録媒体の搬送方向に交差する主走査方向に往復移動する。また、インクジェット記録装置1には、キャリッジ2の移動方向(矢印A方向)に沿ったキャリッジ2の位置を示すための不図示のスケールが備えられている。記録ヘッド3が主走査方向へ走査しながらインクの吐出が行われることで、記録媒体Pの全幅にわたって記録が行われる。また、インクジェット記録装置1には、記録ヘッド3の吐出口が形成された吐出口面に対向してプラテンが設けられている。   The carriage 2 is connected to a part of a driving belt 7 as a transmission mechanism for transmitting a driving force from a carriage motor. The carriage 2 on which the recording head 3 is mounted is reciprocated by the driving force of the carriage motor. As described above, the carriage 2 reciprocates in the main scanning direction that intersects the conveyance direction of the recording medium along the guide shaft 13 by normal rotation and reverse rotation of the carriage motor. Further, the inkjet recording apparatus 1 is provided with a scale (not shown) for indicating the position of the carriage 2 along the movement direction (arrow A direction) of the carriage 2. Ink is discharged while the recording head 3 scans in the main scanning direction, so that recording is performed over the entire width of the recording medium P. Further, the inkjet recording apparatus 1 is provided with a platen so as to face the ejection port surface where the ejection port of the recording head 3 is formed.

インクジェット記録装置1は、記録媒体Pを搬送するために不図示の搬送モータによって駆動される搬送ローラ14を有している。また、インクジェット記録装置1は、バネ(不図示)により記録媒体Pを搬送ローラ14に当接するピンチローラ15、ピンチローラ15を回転自在に支持する不図示のピンチローラホルダ、搬送ローラ14に接続された不図示の搬送ローラギアを有している。搬送モータが回転を行うと、搬送モータの回転駆動による駆動力が搬送ローラギアを介して搬送ローラ14に伝達され、搬送ローラ14が駆動される。このように、インクジェット記録装置1は、記録媒体を搬送させる搬送手段を有している。搬送ローラ14とピンチローラ15との間に記録媒体Pが挟まれた状態で搬送ローラ14が回転駆動されることによって、記録媒体Pが搬送方向に沿って搬送される。   The ink jet recording apparatus 1 includes a transport roller 14 that is driven by a transport motor (not shown) to transport the recording medium P. The inkjet recording apparatus 1 is connected to a pinch roller 15 that contacts the recording medium P with the conveyance roller 14 by a spring (not illustrated), a pinch roller holder (not illustrated) that rotatably supports the pinch roller 15, and the conveyance roller 14. In addition, a conveyance roller gear (not shown) is included. When the transport motor rotates, the driving force by the rotational drive of the transport motor is transmitted to the transport roller 14 through the transport roller gear, and the transport roller 14 is driven. As described above, the ink jet recording apparatus 1 includes a transport unit that transports the recording medium. The recording medium P is transported along the transport direction by rotating the transport roller 14 with the recording medium P sandwiched between the transport roller 14 and the pinch roller 15.

また、インクジェット記録装置1には、記録ヘッド3の吐出口をキャッピングして、記録ヘッド3から吐出されるインクを受容可能なキャップ226が配置されている。キャップ226によって記録ヘッド3の吐出口をキャッピングした状態で、顔料インクによる予備吐出が行われ、キャップ内でインクが吸引されることで、顔料インクによる予備吐出で吐出されたインクを回収することが可能である。また、図1における記録媒体Pの外側には、プラテン上で予備吐出が行われた際に吐出されたインクを受容できるプラテン予備吐出位置ホーム224及びプラテン予備吐出位置アウェイ225が配置されている。   Further, the ink jet recording apparatus 1 is provided with a cap 226 that caps the ejection port of the recording head 3 and can receive the ink ejected from the recording head 3. Preliminary ejection with pigment ink is performed with the cap 226 capping the ejection port of the recording head 3, and the ink ejected by the preliminary ejection with the pigment ink can be collected by sucking the ink in the cap. Is possible. Further, a platen preliminary discharge position home 224 and a platen preliminary discharge position away 225 that can receive ink discharged when preliminary discharge is performed on the platen are arranged outside the recording medium P in FIG.

図2に、インクジェット記録装置1のキャリッジ2に取り付けられる記録ヘッド3についての斜視図を示す。記録ヘッド3は、基板20に流路形成部材21が接合されて形成されている。基板20と流路形成部材21との間には、流路12及び圧力室22が画成されている。圧力室22は、内部にインク等の液体を貯留することが可能である。基板20には、基板20を貫通するように供給口11が形成されている。流路12は、供給口11から圧力室22へ供給される液体を流通させる。流路12のそれぞれには、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する手段としての発熱抵抗素子(エネルギー発生素子)13が配置されている。発熱抵抗素子13が熱エネルギーを発生させることによって、圧力室22の内部に貯留された液体にエネルギーが付与される。流路形成部材21におけるそれぞれの流路12内の発熱抵抗素子13に対応する位置には、吐出口23が形成されている。また、それぞれの流路12の間には、流路12同士を隔離するための隔壁24が配置されている。   FIG. 2 is a perspective view of the recording head 3 attached to the carriage 2 of the inkjet recording apparatus 1. The recording head 3 is formed by bonding a flow path forming member 21 to a substrate 20. A channel 12 and a pressure chamber 22 are defined between the substrate 20 and the channel forming member 21. The pressure chamber 22 can store a liquid such as ink inside. A supply port 11 is formed in the substrate 20 so as to penetrate the substrate 20. The channel 12 circulates the liquid supplied from the supply port 11 to the pressure chamber 22. Each of the flow paths 12 is provided with a heating resistance element (energy generating element) 13 as a means for generating energy used for discharging the liquid. When the heating resistor element 13 generates thermal energy, energy is applied to the liquid stored in the pressure chamber 22. A discharge port 23 is formed at a position corresponding to the heating resistance element 13 in each flow path 12 in the flow path forming member 21. Further, a partition wall 24 for separating the flow paths 12 is disposed between the flow paths 12.

また、本実施形態の記録ヘッド3は、流路形成部材21における流路12に面した位置には、複数の溝14が形成されている。このように、流路形成部材21における流路12に面した位置には、溝14が形成されることによって表面が粗く形成された粗面が形成されている。本実施形態では、溝14は、供給口11から吐出口23に向かう液体の供給される方向に交差する方向に沿って延びるように形成されている。また、溝14は、流路形成部材21における流路12に面し、発熱抵抗素子13に対向した位置のみに形成されている。しかしながら、本発明は、これに限定されず、流路12における液体の供給される方向に沿った端部に面した位置に溝14が形成されても良い。また、発熱抵抗素子13の配置された基板20の表面に溝14が形成されても良い。   In the recording head 3 of the present embodiment, a plurality of grooves 14 are formed at positions facing the flow path 12 in the flow path forming member 21. Thus, a rough surface having a rough surface is formed by forming the groove 14 at a position facing the flow path 12 in the flow path forming member 21. In the present embodiment, the groove 14 is formed so as to extend along a direction intersecting the direction in which the liquid is supplied from the supply port 11 toward the discharge port 23. Further, the groove 14 faces the flow path 12 in the flow path forming member 21 and is formed only at a position facing the heating resistance element 13. However, the present invention is not limited to this, and the groove 14 may be formed at a position facing the end of the flow path 12 along the direction in which the liquid is supplied. Further, the groove 14 may be formed on the surface of the substrate 20 on which the heating resistor element 13 is disposed.

このように、本実施形態では、複数の溝14が流路形成部材21における流路12に面した位置に形成されることによって、表面が粗く形成された粗面が形成されている。ここでいう粗面は、液体が流路12を流通する際に、液体のメニスカスによる流路形成部材21の壁面に対する接触角を小さくする程度に粗く形成された面である。すなわち、粗面が、平滑な表面よりも粗く形成されることによって、液体のメニスカスによる流路形成部材21の壁面に対する接触角が小さくなる。本実施形態の粗面は、粗面が過剰に粗く形成されている場合には、液体のメニスカスによる壁面に対する接触角が小さくなるような力が作用しない。つまり、本実施形態では、粗面は、壁面がぬれ易くなる程度に粗く形成されたものである。   As described above, in the present embodiment, the plurality of grooves 14 are formed at positions facing the flow path 12 in the flow path forming member 21, thereby forming a rough surface having a rough surface. The rough surface referred to here is a surface that is formed to be rough enough to reduce the contact angle of the liquid meniscus with respect to the wall surface of the flow path forming member 21 when the liquid flows through the flow path 12. That is, by forming the rough surface rougher than the smooth surface, the contact angle of the liquid meniscus with respect to the wall surface of the flow path forming member 21 is reduced. When the rough surface is formed to be excessively rough, the rough surface of the present embodiment does not act to reduce the contact angle of the liquid meniscus with respect to the wall surface. That is, in this embodiment, the rough surface is formed so rough that the wall surface is easily wetted.

溝14の形状としては、流路形成部材21における流路12の高さ(吐出口23から液体の吐出される方向に沿った流路12の長さ)の10%以下の寸法の深さであることが求められる。仮に流路12の高さの10%よりも大きい高さの凹凸が流路に存在する場合には、逆に、そのことによる液体への抵抗が大きくなる可能性がある。そのため、流路内での液体の移動の際の流速が遅くなり、その分リフィルに時間が多くかかってしまう可能性がある。好ましくは液路高さの1%程度が好ましく、例えば液路高さが10μmの場合、0.1μmから1μm程度の溝14が形成されていることが好ましい。本実施形態では、溝14は、発熱抵抗素子13の配置された面に対向する面の全体に亘って形成されているが、これに限定されず、発熱抵抗素子13の配置された面に対向する面の一部のみに形成されていても良い。   The shape of the groove 14 is a depth of 10% or less of the height of the flow path 12 in the flow path forming member 21 (the length of the flow path 12 along the direction in which the liquid is discharged from the discharge port 23). It is required to be. If irregularities with a height greater than 10% of the height of the flow path 12 are present in the flow path, conversely, the resistance to the liquid may increase. For this reason, the flow velocity during the movement of the liquid in the flow path becomes slow, and it may take much time for refilling. Preferably, about 1% of the liquid channel height is preferable. For example, when the liquid channel height is 10 μm, it is preferable that the groove 14 of about 0.1 μm to 1 μm is formed. In the present embodiment, the groove 14 is formed over the entire surface facing the surface on which the heating resistor element 13 is disposed, but is not limited to this, and faces the surface on which the heating resistor element 13 is disposed. It may be formed only on a part of the surface to be processed.

液体が吐出される際には、記録ヘッド3における熱エネルギーを発生するための発熱抵抗素子13に、パルス電圧が印加される。このとき、発熱抵抗素子13は、印加される電気エネルギーを熱エネルギーに変換させる。その熱エネルギーを発熱抵抗素子13の周辺に存在する液体に与えることによりインク内で膜沸騰を生じさせ、液体内で気泡を発生させる。このときの気泡の成長、収縮による圧力変化を利用して、吐出口より液体が吐出される。このように、所定のタイミングで記録ヘッド3に記録信号が与えられ、記録ヘッド3に配置された発熱抵抗素子13を駆動させることによって記録媒体にインクが吐出されて記録が行われる。   When the liquid is ejected, a pulse voltage is applied to the heating resistor element 13 for generating thermal energy in the recording head 3. At this time, the heating resistor element 13 converts the applied electrical energy into thermal energy. By applying the thermal energy to the liquid present around the heating resistor element 13, film boiling occurs in the ink and bubbles are generated in the liquid. The liquid is discharged from the discharge port using the pressure change caused by the bubble growth and contraction at this time. In this way, a recording signal is given to the recording head 3 at a predetermined timing, and by driving the heating resistance element 13 disposed on the recording head 3, ink is ejected onto the recording medium and recording is performed.

なお、本実施形態の記録ヘッドは、発熱抵抗素子により膜沸騰を発生させて発泡させインク滴を吐出する方式としたが、本発明はこれに限定されない。圧電素子を変形させ、これによって記録ヘッド内部の液体を吐出する形式の記録ヘッドが記録装置に適用されても良く、また、他の形式の記録ヘッドが本発明の記録装置に適用されても良い。   The recording head according to the present embodiment employs a system in which film boiling is generated by a heating resistor element and foamed to eject ink droplets, but the present invention is not limited to this. A recording head of a type that deforms a piezoelectric element and thereby discharges liquid inside the recording head may be applied to the recording apparatus, and another type of recording head may be applied to the recording apparatus of the present invention. .

吐出口から液体が吐出されると、気泡が生成されることによって流路内で液体が一旦排除された領域に液体が再び充填されて、流路内で液体がリフィルされる。液体の吐出が行われた後の液体のリフィルは、供給口11から圧力室22に向かって液体が供給されることによって行われる。供給口11から圧力室22に向かって液体が供給されることで、気泡の生成によって形成された液面としてのメニスカスが吐出口23の方へ移動し、気泡によって液体が排除された領域に液体が再び供給される。   When the liquid is discharged from the discharge port, the liquid is filled again in the region where the liquid is once excluded in the flow path by generating bubbles, and the liquid is refilled in the flow path. The refilling of the liquid after the liquid is discharged is performed by supplying the liquid from the supply port 11 toward the pressure chamber 22. By supplying the liquid from the supply port 11 toward the pressure chamber 22, the meniscus as the liquid surface formed by the generation of the bubbles moves toward the discharge port 23, and the liquid is discharged into the region where the liquid is excluded by the bubbles. Is supplied again.

本実施形態では、流路12を形成する壁面に溝14が形成されている。このように流路12を形成する壁面に溝14が形成されることによって表面が粗く形成されるので、液体の吐出の後にリフィルが行われる際に流路を流通する液体の流速を速くすることができる。リフィルのための圧力室22へのインクの充填は、メニスカスの移動を伴って行われる。メニスカスの移動の際には、メニスカスは、液体の表面張力と、液路内壁との間で接触角を小さく保とうとする力とによる影響を受ける。すなわち、気泡が大気と連通した後に液体がリフィルのために再び充填される際には、表面張力によってメニスカスの最少面積を保とうとする力と、液路12の壁面との間で接触角を小さく保とうとする力とがメニスカスの移動に大きく関与する。このときの流路12の壁面と液体との接触角に着目し、流路12の壁面による液体への抵抗を低減させることによって、積極的にリフィル速度を向上させることが可能となる。   In the present embodiment, the groove 14 is formed on the wall surface forming the flow path 12. Since the groove 14 is formed on the wall surface forming the flow path 12 in this way, the surface is formed rough, so that the flow velocity of the liquid flowing through the flow path is increased when refilling is performed after the liquid is discharged. Can do. Ink filling the pressure chamber 22 for refilling is performed with movement of the meniscus. During the movement of the meniscus, the meniscus is affected by the surface tension of the liquid and the force that keeps the contact angle small between the inner wall of the liquid passage. That is, when the liquid is refilled for refilling after the bubbles communicate with the atmosphere, the contact angle between the force to maintain the minimum area of the meniscus by the surface tension and the wall surface of the liquid passage 12 is reduced. The force to maintain greatly contributes to the movement of the meniscus. Attention is paid to the contact angle between the wall surface of the flow path 12 and the liquid at this time, and the refill speed can be positively improved by reducing the resistance of the wall surface of the flow path 12 to the liquid.

このリフィルの高速化について説明する。ウェンゼルの式から、液体の接触角が90°以下である場合には、メニスカスには、粗い面では接触角がより小さくなる性質があることが知られている。図3(a)〜(d)を参照して、記録ヘッド3によって液体が吐出されてその後液体がリフィルされるまでの液体の移動について説明する。図3(a)に示される状態の記録ヘッド3において、発熱抵抗素子13にパルス電圧が印加されると、図3(b)に示されるように、膜沸騰によって気泡が生成されると共に、吐出口23から液体が吐出される。   The speeding up of this refill will be described. From the Wenzel equation, it is known that when the contact angle of the liquid is 90 ° or less, the meniscus has a property that the contact angle becomes smaller on a rough surface. With reference to FIGS. 3A to 3D, the movement of the liquid from when the liquid is ejected by the recording head 3 until the liquid is refilled will be described. In the recording head 3 in the state shown in FIG. 3A, when a pulse voltage is applied to the heating resistor 13, bubbles are generated by film boiling and discharged as shown in FIG. 3B. Liquid is discharged from the outlet 23.

図3(b)は、気泡が生成されることによって発熱抵抗素子13の周辺から液体が排除され、これに伴ってメニスカスが最大限移動したときの液路内の液体の状態が示されている。その後、本実施形態の記録ヘッド3においては、図3(c)に示されるように、気泡が大気と連通する。その後、図3(d)に示されるように、気泡によって液体が排除された部分に液体が再び充填されることによって液体がリフィルされる。   FIG. 3B shows the state of the liquid in the liquid path when the liquid is removed from the vicinity of the heating resistance element 13 due to the generation of bubbles, and the meniscus moves to the maximum along with this. . Thereafter, in the recording head 3 of the present embodiment, as shown in FIG. 3C, the bubbles communicate with the atmosphere. Thereafter, as shown in FIG. 3D, the liquid is refilled by refilling the portion where the liquid is removed by the bubbles.

このときのメニスカスにおける壁面との接触位置では、メニスカスは、壁面に対して90°以下の接触角を有している。本実施形態では、流路形成部材21における流路12に面する位置の壁面が粗く形成されているので、90°以下の接触角を有する液体においては、より接触角が小さくなる方向へメニスカスに対して力が作用する。従って、流路形成部材21における流路12に面する位置の壁面は、液体によってよりぬれ易くなる。そのため、メニスカスにおける壁面に近い部分では、壁面に沿って、発熱抵抗素子13及び吐出口23に向かう方向への力が作用する。従って、メニスカスにおける壁面に近い部分は、より速い流速によって発熱抵抗素子13及び吐出口23に向かう方向へ移動する。また、メニスカスにおける壁面に近い部分以外の部分では、メニスカスに対して表面張力によって最少面積を保とうとする力が作用する。そのため、メニスカスにおける壁面に近い部分が発熱抵抗素子13及び吐出口23に向かう方向へ移動すると、それに引っ張られるように、メニスカスにおける壁面に近い部分以外の部分においても発熱抵抗素子13及び吐出口23に向かう方向への力が作用する。従って、液体のリフィルの行われる際に、メニスカスの全体に対して、発熱抵抗素子13及び吐出口23に向かうリフィルの方向への力が作用する。これにより、液体のリフィルの行われる際のメニスカスの移動速度が大きくなり、リフィルをより短時間で行うことができる。   At the contact position of the meniscus with the wall surface at this time, the meniscus has a contact angle of 90 ° or less with respect to the wall surface. In the present embodiment, since the wall surface of the flow path forming member 21 facing the flow path 12 is formed rough, in a liquid having a contact angle of 90 ° or less, the meniscus becomes a direction in which the contact angle becomes smaller. A force acts on it. Therefore, the wall surface at the position facing the flow path 12 in the flow path forming member 21 is more easily wetted by the liquid. Therefore, a force in a direction toward the heating resistance element 13 and the discharge port 23 acts along the wall surface at a portion near the wall surface in the meniscus. Accordingly, the portion of the meniscus that is close to the wall surface moves in a direction toward the heating resistance element 13 and the discharge port 23 at a higher flow rate. Further, in a portion other than the portion near the wall surface in the meniscus, a force is applied to the meniscus so as to keep the minimum area by surface tension. Therefore, when a portion near the wall surface in the meniscus moves in a direction toward the heating resistor element 13 and the discharge port 23, the heating resistor element 13 and the discharge port 23 also move in a portion other than the portion near the wall surface in the meniscus so as to be pulled. Force in the direction of heading acts. Therefore, when liquid refilling is performed, a force in the refill direction toward the heating resistance element 13 and the discharge port 23 acts on the entire meniscus. Thereby, the moving speed of the meniscus when the liquid is refilled is increased, and the refill can be performed in a shorter time.

このように、本実施形態では、流路12に面した壁面の一部に溝14が形成されることで壁面が粗く形成されているので、リフィルによる液体の移動の際の流速を大きくすることができる。従って、液体の吐出が行われた後の液体のリフィルを短時間で行うことができる。これにより、高い周波数による記録が可能となる。これによって記録にかかる時間を短縮することができるので、記録を効率的に行うことができ、単位時間当たりに行うことのできる記録量を増加させることができる。   Thus, in this embodiment, since the wall surface is coarsely formed by forming the groove 14 in a part of the wall surface facing the flow path 12, the flow velocity at the time of liquid movement by refilling is increased. Can do. Therefore, refilling of the liquid after the liquid is discharged can be performed in a short time. Thereby, recording at a high frequency becomes possible. As a result, the time required for recording can be shortened, so that recording can be performed efficiently, and the amount of recording that can be performed per unit time can be increased.

また、本実施形態によれば、流路12の高さを変えずに液体によるリフィルの速度を増加させることができる。リフィルの速度を増加させることだけを考慮すれば、流路12の高さを高くすることによって壁面による液体への抵抗を低減させることも考えられる。しかしながら、リフィルの速度を増加させるために流路12の高さを高くした場合には、その分記録ヘッド3が大型化してしまう。また、記録ヘッド3の大型化に伴い記録ヘッド3の製造コストも上昇してしまう。本実施形態では、流路12の高さを変えずにリフィルの際の液体の流れをスムーズにすることで、流路12の壁面による液体への抵抗が低減することになり、リフィルの速度を増加させることができる。従って、記録ヘッド3を大型化させずに、リフィル時間を短縮させることができる。   Further, according to the present embodiment, it is possible to increase the speed of refilling with the liquid without changing the height of the flow path 12. Considering only increasing the refill speed, it is conceivable to reduce the resistance of the wall surface to the liquid by increasing the height of the flow path 12. However, when the height of the flow path 12 is increased in order to increase the refilling speed, the recording head 3 is enlarged accordingly. Further, as the recording head 3 becomes larger, the manufacturing cost of the recording head 3 also increases. In this embodiment, by smoothing the flow of the liquid during refilling without changing the height of the flow path 12, the resistance to the liquid by the wall surface of the flow path 12 is reduced, and the refill speed is reduced. Can be increased. Therefore, the refill time can be shortened without increasing the size of the recording head 3.

また、記録によって得られる記録画像の品質を向上させるために、インク流路の高さを低く形成することが考えられる。これによって、記録の際のミストやスプラッシュが発生することを抑制することができる。しかしながら、記録ヘッドにおけるインク流路の高さを低く形成した場合、インク流路におけるインクに対する壁面からの抵抗が大きくなる可能性がある。これによって先に液体が吐出された後のリフィル時間が長くなり、記録に時間が長くかかってしまう可能性がある。このように、ミストやスプラッシュの発生を抑えるために流路の高さを低く形成した場合であっても、本発明の記録ヘッドを適用することにより、リフィル時間が長くなることを抑えることができる。従って、記録時間が長くなることを抑えながら、記録の際のミストやスプラッシュが発生することを抑えることができる。そのため、記録画像の品質を向上させることができる。   Further, in order to improve the quality of a recorded image obtained by recording, it can be considered that the height of the ink flow path is formed low. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of mist and splash during recording. However, when the height of the ink flow path in the recording head is formed low, the resistance from the wall surface to the ink in the ink flow path may increase. As a result, the refill time after the liquid is first ejected becomes long, and recording may take a long time. Thus, even when the height of the flow path is formed low in order to suppress the occurrence of mist and splash, it is possible to suppress an increase in refill time by applying the recording head of the present invention. . Therefore, it is possible to suppress the occurrence of mist and splash during recording while suppressing an increase in recording time. Therefore, the quality of the recorded image can be improved.

次に、記録ヘッド3の製造方法について説明する。図4は、図2のA−A破線部を断面方向から見た液体吐出ヘッドの製造方法を工程順に示した模式図である。以下、図4を用いて、本発明の製造方法について工程を追って説明する。   Next, a method for manufacturing the recording head 3 will be described. 4A and 4B are schematic views showing the method of manufacturing the liquid discharge head in the order of steps, as seen from the cross-sectional direction of the broken line AA in FIG. Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described step by step with reference to FIG.

まず、図4(a)に示すように、複数の発熱抵抗素子13が形成された基板20を用意する。基板20には、駆動回路や駆動回路と発熱抵抗素子との間をつなぐ配線が予め作り込まれている。基板20は、駆動回路及び配線の作り込みを容易にするためにシリコン単結晶基板であることが好ましい。本実施形態では、図4(a)に示されるように、インゴットの引き出し方位が<100>のシリコン単結晶基板における対向する面のうち一方の側の面に発熱抵抗素子13、発熱抵抗素子13を駆動するための駆動回路及び配線が予め形成された基板20が用意される。   First, as shown in FIG. 4A, a substrate 20 on which a plurality of heating resistance elements 13 are formed is prepared. The substrate 20 is preliminarily formed with a drive circuit and wiring that connects the drive circuit and the heating resistor element. The substrate 20 is preferably a silicon single crystal substrate in order to facilitate the formation of a drive circuit and wiring. In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the heating resistor element 13 and the heating resistor element 13 are formed on one of the opposing surfaces of the silicon single crystal substrate with the ingot drawing orientation <100>. A substrate 20 on which a drive circuit and a wiring for driving are previously formed is prepared.

次に、図4(b)に示されるように、流路12となる領域に、後の工程で除去可能な樹脂層(第1の層)33を形成する。樹脂層33の材料としては、感光性のものが望ましく、ポジ型レジストか、あるいは溶解性変化型のネガ型レジストの使用が好適である。樹脂層33の形成方法としては、この感光性材料を適当な溶剤に溶解し、スピンコート法、ロールコート法等で被膜を形成する方法がある。樹脂層33は、それぞれの発熱抵抗素子13に対応して、流路12及び圧力室22に対応する位置に配置される。本実施形態では、樹脂材料として、PMIPKを含むポジ型レジスト層を用いて樹脂層が形成される。PMIPKを主成分とした塗布型レジストは、(株)東京応化工業から製品名:ODUR―1010として、市販されている。この樹脂層は、汎用的なスピンコート法によって形成することができる。レジスト層は、230〜350nmの露光波長を有する露光機で、露光・現像することで、図4(b)に示されるようなパターンが形成される。   Next, as shown in FIG. 4B, a resin layer (first layer) 33 that can be removed in a later step is formed in the region to be the flow path 12. As the material of the resin layer 33, a photosensitive material is desirable, and it is preferable to use a positive resist or a solubility-changing negative resist. As a method for forming the resin layer 33, there is a method in which this photosensitive material is dissolved in an appropriate solvent, and a film is formed by a spin coating method, a roll coating method or the like. The resin layer 33 is disposed at a position corresponding to the flow path 12 and the pressure chamber 22 corresponding to each heating resistance element 13. In the present embodiment, the resin layer is formed using a positive resist layer containing PMIPK as the resin material. A coating resist mainly composed of PMIPK is commercially available from Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. under the product name: ODUR-1010. This resin layer can be formed by a general-purpose spin coating method. The resist layer is exposed and developed with an exposure machine having an exposure wavelength of 230 to 350 nm, whereby a pattern as shown in FIG. 4B is formed.

次に、図4(c)に示されるように、樹脂層33の表面に、樹脂層33が除去された際に流路形成部材21が溝14となるための所定形状を有するように、樹脂層33に凹凸31を形成するための加工が行われる。溝14となる凹凸31を樹脂層33に形成するための加工方法としては、研削加工、ブラスト加工、化学エッチング加工や、イオンミリング、RIE(Reactive Ion Etching)などの加工方法を適用することが可能である。本実施形態では、溝14の形成方法としては、研削加工が用いられる。研削加工は、一般的には砥石と呼ばれるグラインドホイールを高速回転させて、加工物の表面を除去することによって加工が行われている。樹脂層33の表面に凹凸31を形成する場合、凸形状に加工した砥石を用いて、表面を一方向から一定量除去することが可能である。なお、砥石の形状を変更することで、形成される凹凸31の形状を任意に形成可能である。また、凹凸31の形成方法としては、上記の研削加工以外にもブラスト加工、化学エッチング加工や、イオンミリング、RIEなどの加工方法を用いても良い。   Next, as shown in FIG. 4C, the resin is formed on the surface of the resin layer 33 so as to have a predetermined shape for the flow path forming member 21 to become the groove 14 when the resin layer 33 is removed. Processing for forming the irregularities 31 in the layer 33 is performed. As a processing method for forming the irregularities 31 to be the grooves 14 in the resin layer 33, processing methods such as grinding, blasting, chemical etching, ion milling, and RIE (Reactive Ion Etching) can be applied. It is. In the present embodiment, grinding is used as a method for forming the groove 14. Grinding is generally performed by removing a surface of a workpiece by rotating a grinding wheel called a grindstone at a high speed. When the irregularities 31 are formed on the surface of the resin layer 33, it is possible to remove a certain amount of the surface from one direction using a grindstone processed into a convex shape. In addition, the shape of the uneven | corrugated 31 formed can be arbitrarily formed by changing the shape of a grindstone. Further, as a method for forming the irregularities 31, a processing method such as blast processing, chemical etching processing, ion milling, or RIE may be used in addition to the above-described grinding processing.

次いで、図4(d)に示されるように、樹脂層33上に、樹脂層33を覆うように、後の流路形成部材21となる被覆樹脂層(第2の層)5をスピンコート法、ロールコート法等で形成する。ここで、この樹脂層5を形成する工程において、このとき用いられる溶剤等には、除去可能な樹脂層33のパターンを変形させない等の特性が必要となる。すなわち、樹脂層5を一旦溶剤に溶解させた状態で、これをスピンコート、ロールコート等によって樹脂パターン33上に形成する場合、除去可能な樹脂パターン33までも溶解しないように、溶剤が選択される必要がある。また、樹脂層5の材料としては、吐出口23をフォトリソグラフィーで容易にかつ精度よく形成できることから、感光性のものが好ましい。以上から、樹脂層5は、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物が用いられることが望ましい。   Next, as shown in FIG. 4D, a coating resin layer (second layer) 5 to be a subsequent flow path forming member 21 is applied on the resin layer 33 so as to cover the resin layer 33 by spin coating. It is formed by a roll coating method or the like. Here, in the step of forming the resin layer 5, the solvent used at this time needs characteristics such as not to deform the pattern of the removable resin layer 33. That is, when the resin layer 5 is once dissolved in a solvent and formed on the resin pattern 33 by spin coating, roll coating, or the like, the solvent is selected so that even the removable resin pattern 33 is not dissolved. It is necessary to The resin layer 5 is preferably made of a photosensitive material because the discharge port 23 can be easily and accurately formed by photolithography. From the above, it is desirable for the resin layer 5 to use a cationic polymerization cured product of an epoxy resin.

次に、図4(e)に示すように、液体が飛翔する吐出口23を形成する。形成方法は、上記で説明したように、フォトリソグラフィーを用い、材料層を保護するために樹脂層5に保護膜(不図示)を塗布すると共に、樹脂層5に露光させることによって形成する。次いで、基板に、液体供給のための開口部としての供給口11を形成する。本実施形態では、加工の容易性のために、供給口11は、基板20の裏面から形成される。最後に、図4(f)に示すように、樹脂層33を除去し液体吐出チャンバーを形成する。   Next, as shown in FIG. 4E, the discharge port 23 through which the liquid flies is formed. As described above, the forming method uses photolithography to apply a protective film (not shown) to the resin layer 5 in order to protect the material layer and to expose the resin layer 5. Next, a supply port 11 as an opening for supplying liquid is formed in the substrate. In the present embodiment, the supply port 11 is formed from the back surface of the substrate 20 for ease of processing. Finally, as shown in FIG. 4F, the resin layer 33 is removed to form a liquid discharge chamber.

以上の工程によって、流路12に面した位置に溝14の形成された記録ヘッド3が製造される。   Through the above steps, the recording head 3 in which the groove 14 is formed at a position facing the flow path 12 is manufactured.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る記録ヘッドについて説明する。なお、上記第1実施形態と同様に構成できる部分については図中同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a recording head according to the second embodiment will be described. In addition, about the part which can be comprised similarly to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected in a figure, description is abbreviate | omitted, and only a different part is demonstrated.

第2実施形態の記録ヘッドは、溝14における流路12に面した位置が撥水性を有するように形成される。これにより、一旦液体が吐出された後の発熱抵抗素子13周辺への液体のリフィルの際に、溝14の内部に気泡を残留させることが可能となる。   The recording head of the second embodiment is formed so that the position of the groove 14 facing the flow path 12 has water repellency. This makes it possible to leave bubbles in the groove 14 when the liquid is refilled around the heat generating resistor element 13 after the liquid is once discharged.

壁面の近傍に気泡がある場合には、これによって壁面による液体への抵抗が低減されることが知られている。このことから、溝14に撥水性を有する部材を配置することで、溝14の内部に気泡を残留させ、これによって、壁面による液体への抵抗を低減させることが可能になる。溝14の内部に気泡が存在する状態でリフィルが行われることで液体と流路12の壁面との間の抵抗が減少するので、リフィル速度を向上させることができ、吐出周波数をさらに向上させることが可能となる。これにより、記録を効率的に行うことができる。   It is known that when there are bubbles in the vicinity of the wall surface, this reduces the resistance of the wall surface to the liquid. For this reason, by disposing a water-repellent member in the groove 14, air bubbles remain inside the groove 14, thereby reducing the resistance of the wall surface to the liquid. Since the refill is performed in a state where bubbles are present inside the groove 14, the resistance between the liquid and the wall surface of the flow path 12 is reduced, so that the refill speed can be improved and the discharge frequency can be further improved. Is possible. Thereby, recording can be performed efficiently.

第2実施形態に係る記録ヘッドの製造工程について、図5(a)〜(d)を参照して説明する。図5(a)〜(d)は、第2実施形態における記録ヘッドのそれぞれの製造工程について示した断面図である。   A manufacturing process of the recording head according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5A to FIG. 5D are cross-sectional views showing respective manufacturing steps of the recording head in the second embodiment.

第2実施形態の記録ヘッドの製造工程では、基板上に樹脂層33を配置し、溝14を形成するために樹脂層に研削を行った後に、樹脂層33における突出した部分に撥水層8が配置される(図5(a))。本実施形態では、撥水層8は、フッ化炭素化合物を溶媒で希釈した撥水剤である。この状態で基板20を乾燥させ、撥水層8を固化させることによって樹脂層33上に撥水性を有する撥水部材30を形成する。その後、図5(b)に示されるように、撥水層8を樹脂層33上に配置した状態で、その上から樹脂層5を配置する。   In the manufacturing process of the recording head of the second embodiment, the resin layer 33 is disposed on the substrate, the resin layer is ground to form the grooves 14, and then the water repellent layer 8 is formed on the protruding portion of the resin layer 33. Are arranged (FIG. 5A). In the present embodiment, the water repellent layer 8 is a water repellent obtained by diluting a fluorocarbon compound with a solvent. In this state, the substrate 20 is dried and the water repellent layer 8 is solidified to form the water repellent member 30 having water repellency on the resin layer 33. Thereafter, as shown in FIG. 5B, in a state where the water repellent layer 8 is disposed on the resin layer 33, the resin layer 5 is disposed thereon.

樹脂層5が配置されると、図5(c)に示されるように、樹脂層5を露光することによって吐出口23が形成される。樹脂層5に吐出口23が形成されると、図5(d)に示されるように、樹脂層33が除去されると共に、供給口11が形成される。このようにすることで、凸版印刷のように、溝14における流路12に面した位置に撥水部材30を形成することができる。これにより、溝14における流路12に面した位置に撥水部材30の形成された記録ヘッドを簡易に製造することができる。   When the resin layer 5 is disposed, the discharge port 23 is formed by exposing the resin layer 5 as shown in FIG. When the discharge port 23 is formed in the resin layer 5, as shown in FIG. 5D, the resin layer 33 is removed and the supply port 11 is formed. By doing in this way, the water repellent member 30 can be formed in the position facing the flow path 12 in the groove | channel like letterpress printing. Thereby, a recording head in which the water repellent member 30 is formed at a position facing the flow path 12 in the groove 14 can be easily manufactured.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る記録ヘッドについて説明する。なお、上記第一実施形態と同様に構成できる部分については図中同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
Next, a recording head according to the third embodiment will be described. In addition, about the part which can be comprised similarly to said 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected in a figure, description is abbreviate | omitted, and only a different part is demonstrated.

第3実施形態による記録ヘッドの製造工程では、PECVD(Plasma Enhanced CVD)等の化学的気相蒸着法により、樹脂層33上に、流路形成部材21となる樹脂層5が成膜される。第3実施形態の記録ヘッドの製造工程では、PECVDを使用することで、溝を形成した樹脂層33に形成された溝が樹脂層5に転写するように成膜されるため、流路形成部材21の表面にも凹凸が形成される。   In the manufacturing process of the recording head according to the third embodiment, the resin layer 5 serving as the flow path forming member 21 is formed on the resin layer 33 by chemical vapor deposition such as PECVD (Plasma Enhanced CVD). In the manufacturing process of the recording head of the third embodiment, by using PECVD, the groove formed in the resin layer 33 in which the groove is formed is formed such that the groove is transferred to the resin layer 5. Unevenness is also formed on the surface of 21.

本実施形態では、樹脂層5がPECVDによって成膜されるので、樹脂層33の材料としては、PECVDによる成膜温度に耐えうる材料を選定する必要がある。本実施形態においては、樹脂層33を形成するための材料として、ポリイミド(商品名:PI2611、日立化成デュポンマイクロシステムズ社製)が用いられる。また、樹脂層33を形成するための材料としては、金属材料が用いられても良く、その場合、除去性を考慮し、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いることができる。   In this embodiment, since the resin layer 5 is formed by PECVD, it is necessary to select a material that can withstand the film formation temperature by PECVD as the material of the resin layer 33. In the present embodiment, polyimide (trade name: PI2611, manufactured by Hitachi Chemical DuPont Microsystems) is used as a material for forming the resin layer 33. Further, a metal material may be used as a material for forming the resin layer 33. In that case, aluminum or an aluminum alloy can be used in consideration of removability.

図6(a)〜(c)を参照して、第3実施形態の記録ヘッドの製造工程について説明する。図6(a)〜(c)は、第3実施形態の記録ヘッドのそれぞれの製造工程について示した断面図である。   With reference to FIGS. 6A to 6C, the manufacturing process of the recording head of the third embodiment will be described. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating respective manufacturing steps of the recording head of the third embodiment.

まず、基板20上に、樹脂層33が形成される。本実施形態では、スピンコートによって樹脂層33を基板20上に塗布し、その後オーブンで脱水縮合させる。その後、ポジ型の感光性を有するフォトレジストを塗布し、所望のパターンに樹脂層33のパターニングを行う。続いて、酸素を主体としたRIEによりポリイミドのパターニングが行われし、その後、フォトレジストを剥離させる。   First, the resin layer 33 is formed on the substrate 20. In this embodiment, the resin layer 33 is applied onto the substrate 20 by spin coating, and then dehydrated and condensed in an oven. Thereafter, a positive photosensitive photoresist is applied, and the resin layer 33 is patterned into a desired pattern. Subsequently, polyimide is patterned by RIE mainly composed of oxygen, and then the photoresist is peeled off.

次に、樹脂層33の表面に凹凸を有する溝が形成される。溝の形成方法としては、研削加工が実施される。溝の形成方法としては、研削加工以外にもブラスト加工、化学エッチング加工や、イオンミリング、RIEなどの加工方法が用いられても良い。   Next, grooves having irregularities are formed on the surface of the resin layer 33. As a method for forming the groove, grinding is performed. As a method for forming the groove, other than grinding, blasting, chemical etching, ion milling, RIE, or other processing methods may be used.

その後、図6(a)に示されるように、樹脂層33を覆うように、無機材料をPECVDにより形成する。本実施形態では、無機材料としては、SiNが用いられる。これにより、後に流路形成部材21となる部分が形成される。PECVDによるコーティングは、下部の層の表面形状に沿って成膜される性質を有しているため、樹脂層5は、樹脂層33の表面の凹凸31に沿うように形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 6A, an inorganic material is formed by PECVD so as to cover the resin layer 33. In this embodiment, SiN is used as the inorganic material. Thereby, the part used as the flow path formation member 21 later is formed. Since the coating by PECVD has a property of being formed along the surface shape of the lower layer, the resin layer 5 is formed along the irregularities 31 on the surface of the resin layer 33.

次に、図6(b)に示されるように、吐出口23が形成される。フォトレジストをオリフィスプレート上に塗布し、吐出口となる位置をパターニングしてマスクを形成した。続いて、フッ素を主体としたRIEでSiNより形成された流路生成部材12の一部を除去し、その後、マスクを剥離した。次に、流路形成部材21を保護するための保護層を形成したのち、基板20における流路形成部材21が形成されてない側に、供給口11を形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, the discharge port 23 is formed. Photoresist was applied on the orifice plate, and a mask was formed by patterning the position to be the discharge port. Subsequently, a part of the flow path generating member 12 formed of SiN was removed by RIE mainly composed of fluorine, and then the mask was peeled off. Next, after forming a protective layer for protecting the flow path forming member 21, the supply port 11 is formed on the side of the substrate 20 where the flow path forming member 21 is not formed.

次に、図6(c)に示されるように、酸素を主体としたCDEによって、ポリイミドによって形成された樹脂層33が除去される。これにより、記録ヘッドが形成される。樹脂層33を形成する材料が金属材料であれば、選択した金属材料を溶解可能な薬液を用いてウェットエッチングが行われる。金属材料がたとえばアルミニウムの場合、リン酸を主成分としたエッチング液が好適に用いられる。   Next, as shown in FIG. 6C, the resin layer 33 formed of polyimide is removed by CDE mainly composed of oxygen. Thereby, a recording head is formed. If the material for forming the resin layer 33 is a metal material, wet etching is performed using a chemical that can dissolve the selected metal material. For example, when the metal material is aluminum, an etchant mainly composed of phosphoric acid is preferably used.

なお、本実施形態では、化学的気相蒸着法としてPECVDが用いられているが、本発明はこれに限定されない。流路形成部材21を形成するための樹脂層5を精度良く形成することができるのであれば、他の方法が用いられても良い。   In this embodiment, PECVD is used as the chemical vapor deposition method, but the present invention is not limited to this. Other methods may be used as long as the resin layer 5 for forming the flow path forming member 21 can be accurately formed.

なお、上記実施形態では、流路12に面する位置に形成された粗面は、流路12の延びる方向に交差する方向に延びた複数の溝14としたが、本発明はこれに限定されない。平滑な面よりも面積が大きく、流路12を流通する液体の流速が速められるような粗く形成された面であれば、一方向に延びる溝によって粗く形成された粗面でなくても良い。例えば、不規則な凹凸によって粗く形成された粗面であっても良いし、複数の方向に延びる溝が交差することで粗く形成された粗面であっても良い。また、粗面は、流路12の延びる方向に平行に延びた複数の溝によって形成されたものであっても良い。   In the above-described embodiment, the rough surface formed at the position facing the flow path 12 is the plurality of grooves 14 extending in the direction intersecting the direction in which the flow path 12 extends, but the present invention is not limited to this. . As long as the surface has a larger area than the smooth surface and the surface is formed so as to increase the flow velocity of the liquid flowing through the flow path 12, the surface may not be a rough surface formed roughly by a groove extending in one direction. For example, it may be a rough surface formed roughly by irregular irregularities, or may be a rough surface formed rough by intersecting grooves extending in a plurality of directions. The rough surface may be formed by a plurality of grooves extending in parallel with the direction in which the flow path 12 extends.

また、上記実施形態では、溝14が形成されることによる粗面は、流路形成部材21における流路12に面した位置に形成されることとしたが、本発明はこれに限定されない。供給口11から圧力室22に向かう流路12に面し、流路12に流通する液体の流速を速めることができるのであれば、粗面は、他の位置に形成されても良い。例えば、基板20における供給口11と発熱抵抗素子13との間の領域に粗面が形成されても良いし、流路形成部材21における流路12の側面に面した位置に形成されても良い。   Moreover, in the said embodiment, although the rough surface by forming the groove | channel 14 was formed in the position which faced the flow path 12 in the flow path formation member 21, this invention is not limited to this. The rough surface may be formed at another position as long as it faces the flow path 12 from the supply port 11 toward the pressure chamber 22 and the flow rate of the liquid flowing through the flow path 12 can be increased. For example, a rough surface may be formed in a region between the supply port 11 and the heating resistor element 13 in the substrate 20 or may be formed at a position facing the side surface of the flow path 12 in the flow path forming member 21. .

また、上記実施形態では、インクジェット記録装置は、記録ヘッドの主走査方向の移動と、記録媒体の副走査方向の搬送と、を伴って画像を記録するいわゆるシリアルスキャンタイプの記録装置である。しかしながら、本発明は記録媒体の幅方向の全域に亘って延在する記録ヘッドを用いるフルラインタイプのインクジェット記録装置にも適用可能である。   In the above embodiment, the ink jet recording apparatus is a so-called serial scan type recording apparatus that records an image with movement of the recording head in the main scanning direction and conveyance of the recording medium in the sub scanning direction. However, the present invention is also applicable to a full-line type ink jet recording apparatus that uses a recording head that extends over the entire width of the recording medium.

また、本実施形態の記録ヘッドは発熱素子により膜沸騰を発生させて発泡させインク滴を吐出する方式としたが、本発明はこれに限定されない。圧電素子を変形させ、これによって記録ヘッド内部の液体を吐出する形式の記録ヘッドが記録装置に適用されても良い。また、他の形式の記録ヘッドが本発明のインクジェット記録装置に適用されても良い。   The recording head according to the present embodiment employs a system in which film boiling is generated by a heating element and foamed to eject ink droplets, but the present invention is not limited to this. A recording head of a type that deforms the piezoelectric element and thereby discharges the liquid inside the recording head may be applied to the recording apparatus. Other types of recording heads may be applied to the ink jet recording apparatus of the present invention.

また、本明細書において、「記録」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わずに用いられる。また、人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または記録媒体の加工を行う場合も表すものとする。   Further, in this specification, “recording” is used not only for forming significant information such as characters and figures but also regardless of significance. It also represents the case where images, patterns, patterns, etc. are widely formed on a recording medium, or the recording medium is processed, regardless of whether it is manifested so that it can be perceived by human eyes. And

また、「記録装置」とは、プリンタ、プリンタ複合機、複写機、ファクシミリ装置などのプリント機能を有する装置、ならびにインクジェット技術を用いて物品の製造を行なう製造装置を含む。   The “recording device” includes a device having a printing function such as a printer, a printer multifunction device, a copying machine, and a facsimile device, and a manufacturing device that manufactures an article using an ink jet technique.

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものを表すものとする。   “Recording medium” means not only paper used in general recording apparatuses but also a wide range of materials that can accept ink, such as cloth, plastic film, metal plate, glass, ceramics, wood, leather, etc. Shall.

さらに、「インク」(「液体」と言う場合もある)とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきものである。記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理(例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を表すものとする。   Furthermore, “ink” (sometimes referred to as “liquid”) should be interpreted widely as in the definition of “recording”. By being applied on the recording medium, it can be used for formation of images, patterns, patterns, etc., processing of the recording medium, or ink processing (for example, solidification or insolubilization of the colorant in the ink applied to the recording medium). It shall represent a liquid.

3 記録ヘッド
11 供給口
12 流路
13 発熱抵抗素子
22 圧力室
23 吐出口
3 Recording Head 11 Supply Port 12 Channel 13 Heating Resistance Element 22 Pressure Chamber 23 Discharge Port

Claims (11)

内部に液体を貯留することが可能な圧力室と、
前記圧力室の内部に貯留された液体にエネルギーを付与するエネルギー発生素子と、
前記エネルギー発生素子によってエネルギーの付与された液体を吐出する吐出口と、
前記圧力室の内部に液体を供給するための供給口と、
前記供給口から前記圧力室へ供給される液体を流通させる流路とを有し、
前記流路に面した位置に、平滑な表面であるときよりも、前記流路を流通する液体との間の接触角を小さくする粗面が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
A pressure chamber capable of storing liquid inside;
An energy generating element that imparts energy to the liquid stored in the pressure chamber;
A discharge port for discharging a liquid to which energy is applied by the energy generating element;
A supply port for supplying a liquid into the pressure chamber;
A flow path for circulating the liquid supplied from the supply port to the pressure chamber,
A liquid discharge head characterized in that a rough surface is formed at a position facing the flow path so as to make a contact angle with the liquid flowing through the flow path smaller than when the surface is smooth.
前記粗面は、表面に同じ方向に複数の溝が形成されることによって粗く形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 1, wherein the rough surface is formed rough by forming a plurality of grooves in the same direction on the surface. 前記溝は、前記流路の延びる方向に交差する方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 2, wherein the groove is formed along a direction intersecting a direction in which the flow path extends. 前記溝における前記流路に面した位置に、撥水性を有する撥水部材が配置されていることを特徴とする請求項2または3に記載の液体吐出ヘッド。   4. The liquid discharge head according to claim 2, wherein a water repellent member having water repellency is disposed at a position facing the flow path in the groove. 5. 前記溝の深さは、前記流路における液体の吐出される方向に沿った長さの10%以下であることを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。   5. The liquid ejection head according to claim 2, wherein a depth of the groove is 10% or less of a length along a direction in which the liquid is ejected in the flow path. 前記溝の深さは、前記流路における液体の吐出される方向に沿った長さの1%であることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。   6. The liquid ejection head according to claim 2, wherein a depth of the groove is 1% of a length along a direction in which the liquid is ejected in the flow path. 前記吐出口は、前記エネルギー発生素子に対向する位置に形成され、
前記粗面は、前記圧力室及び前記流路を画成する面のうち、前記吐出口の形成された側の面に形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
The discharge port is formed at a position facing the energy generating element,
The said rough surface is formed in the surface by which the said discharge port was formed among the surfaces which define the said pressure chamber and the said flow path, The any one of Claim 1 to 6 characterized by the above-mentioned. The liquid discharge head described in 1.
請求項1から7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを有し、
前記液体吐出ヘッドによって媒体に液体を吐出する液体吐出装置。
It has a liquid discharge head given in any 1 paragraph of Claims 1-7,
A liquid ejection apparatus that ejects liquid onto a medium by the liquid ejection head.
基板と、流路形成部材とを有し、前記基板と前記流路形成部材とが接合されることで、液体を貯留することが可能な圧力室が画成され、前記圧力室の内部に貯留された液体にエネルギーを付与するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子によってエネルギーの付与された液体を吐出する吐出口と、前記圧力室の内部に液体を供給するための供給口と、前記供給口から前記圧力室へ供給される液体を流通させる流路とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の上の前記流路となる位置に、後で除去することが可能な第1の層を配置する工程と、
前記第1の層に、粗く形成される粗面に対応する形状を形成する工程と、
前記第1の層を覆うように、前記流路形成部材となる第2の層を形成する工程と、
前記第1の層を除去することで、前記流路形成部材に、前記粗面に面した前記流路を形成する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
A pressure chamber capable of storing a liquid is defined by having the substrate and the flow path forming member, and the substrate and the flow path forming member are joined together, and the pressure chamber is stored in the pressure chamber. An energy generating element for applying energy to the liquid, a discharge port for discharging the liquid to which energy is applied by the energy generating element, a supply port for supplying the liquid into the pressure chamber, and the supply port A liquid discharge head manufacturing method having a flow path for circulating the liquid supplied to the pressure chamber from
Disposing a first layer that can be removed later at a position to be the flow path on the substrate;
Forming in the first layer a shape corresponding to a roughened surface;
Forming a second layer to be the flow path forming member so as to cover the first layer;
And a step of forming the flow path facing the rough surface on the flow path forming member by removing the first layer.
前記第1の層に、粗く形成される粗面に対応する形状を形成する工程の後に、前記第1の層の上に、撥水性を有する撥水層を配置する工程と、
前記撥水層の配置された前記第1の層を覆うように、前記第2の層を形成する工程とを有することを特徴とする請求項9に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
A step of forming a water repellent layer having water repellency on the first layer after the step of forming a shape corresponding to a rough surface to be formed on the first layer;
The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 9, further comprising: forming the second layer so as to cover the first layer on which the water repellent layer is disposed.
前記第1の層を覆うように、前記流路形成部材となる第2の層を形成する工程で、前記第2の層が、前記第1の層を覆うように化学的気相蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項9または10に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   In the step of forming the second layer to be the flow path forming member so as to cover the first layer, the second layer is formed by chemical vapor deposition so as to cover the first layer. The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 9, wherein the liquid discharge head is formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019001125A (en) * 2017-06-19 2019-01-10 キヤノン株式会社 Method for manufacturing liquid discharge head

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