JP2014240142A - Liquid discharge head, liquid discharge device, and manufacturing method of liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
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
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
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.
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 |
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
Claims (11)
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、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.
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.
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.
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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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