JP2018199235A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

液体吐出ヘッド Download PDF

Info

Publication number
JP2018199235A
JP2018199235A JP2017104161A JP2017104161A JP2018199235A JP 2018199235 A JP2018199235 A JP 2018199235A JP 2017104161 A JP2017104161 A JP 2017104161A JP 2017104161 A JP2017104161 A JP 2017104161A JP 2018199235 A JP2018199235 A JP 2018199235A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
discharge port
liquid
discharge
outer edge
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017104161A
Other languages
English (en)
Inventor
康徳 武居
Yasunari Takei
康徳 武居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2017104161A priority Critical patent/JP2018199235A/ja
Priority to US15/987,678 priority patent/US10406813B2/en
Publication of JP2018199235A publication Critical patent/JP2018199235A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/1433Structure of nozzle plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1601Production of bubble jet print heads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1601Production of bubble jet print heads
    • B41J2/1603Production of bubble jet print heads of the front shooter type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/162Manufacturing of the nozzle plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1626Manufacturing processes etching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1631Manufacturing processes photolithography
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1637Manufacturing processes molding
    • B41J2/1639Manufacturing processes molding sacrificial molding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2002/14169Bubble vented to the ambience
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14475Structure thereof only for on-demand ink jet heads characterised by nozzle shapes or number of orifices per chamber

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】吐出口部の抵抗の低減と、サテライトの発生の抑制との両立を行う液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】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素子を備える基板と、液体を吐出する吐出口を備える吐出口プレートと、を備える液体吐出ヘッドであって、吐出口は、吐出口プレートの外表面に形成される凹部の、外表面側に形成される開口部である第1の吐出口と、凹部の底面側に位置し、第1の吐出口より小さい開口部を備える第2の吐出口と、第1の吐出口の外縁部から第2の吐出口を介して第2の吐出口の中央部に向かって延在する複数の突起部と、を含み、複数の突起の先端部と基板との距離は、第2の吐出口の外縁部と基板との距離よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図3

Description

本発明は、インク等の液体を各種媒体に向けて吐出して記録を行う液体吐出ヘッドに関する。
一般的に用いられるインクなどの液体を吐出する方式としては、インクジェット記録方式が知られている。近年の液体吐出ヘッドの小液滴化および多ノズル化にともない、本来の印字に寄与しない吐出液滴の影響が大きくなってきている。具体的には記録媒体に着弾するインク滴が複数(主滴とサテライト)に分かれてしまうことによる画像の劣化や、記録媒体に到達する前に速度を失い浮遊してしまうインク滴(以下ミスト)による記録装置の汚れの記録媒体への転写等である。
また、液体吐出ヘッドで、一定時間印字を休止していたノズルで再度印字をしようとした時に、ノズル内でインクが蒸発し、インク粘度が上昇する。これによりインク液滴が吐出しなかったり、直進せずに印字媒体の意図しないところに着弾してしまったりする場合がある。この吐出開始時における影響において、エネルギー発生素子の前方側の吐出口部の抵抗が増加すると、より吐出不良が発生し易くなる。
上記の対策としては、例えば特許文献1のように、吐出口と液室を接続する筒状の構造において、その部分をテーパ形状にすることにより、前方抵抗を低減することで吐出開始時の吐出安定性を向上させることができる。特に吐出口形成時に、表面に窪み部を設けてテーパを形成する方法では、吐出口寸法精度を損なうことなく大きなテーパ角度を得ることができるため、吐出効率の向上や、吐出開始時の吐出安定性を向上させる有効な手段である。
特開2013−914
上記特許文献1の手段で、エネルギー発生素子の前方側の吐出口部の抵抗が軽減され、エネルギー発生素子から供給されたエネルギーは、吐出動作に効率よく変換されることになる。しかしながらそれに付随して、吐出液体の飛翔速度が上昇する。液体の飛翔速度が上昇すると、吐出動作中において主滴部と液柱部が形成される段階で、液柱部が長く伸びることとなり、それが分裂して多くのサテライトやミストが発生しやすくなる。
本発明は吐出口部の抵抗の低減と、サテライトの発生の抑制との両立を行う液体吐出ヘッドの提供を目的とする。
上記の課題を解決する為に本発明の液体吐出ヘッドは、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素子を備える基板と、液体を吐出する吐出口を備える吐出口プレートと、を備える液体吐出ヘッドであって、前記吐出口は、前記吐出口プレートの外表面に形成される凹部の、前記外表面側に形成される開口部である第1の吐出口と、前記凹部の底面側に位置し、前記第1の吐出口より小さい開口部を備える第2の吐出口と、前記第1の吐出口の外縁部から前記第2の吐出口を介して前記第2の吐出口の中央部に向かって延在する複数の突起部と、を含み、前記複数の突起の先端部と前記基板との距離は、前記第2の吐出口の外縁部と前記基板との距離よりも大きいことを特徴とする。
また本発明の液体吐出ヘッドは、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素子を備える基板と、液体を吐出する吐出口を備える吐出口プレートと、を備える液体吐出ヘッドであって、前記吐出口は、前記吐出口プレートの外表面に形成される凹部の、前記外表面側に形成される開口部である第1の吐出口と、前記凹部の底面側に位置し、前記第1の吐出口より小さい開口部を備える第2の吐出口と、前記第1の吐出口の外縁部から前記第2の吐出口を介して前記第2の吐出口の中央部に向かって延在する複数の突起部と、を含み、前記複数の突起は、前記吐出口プレートの外表面に沿って延在していることを特徴とする。
さらに本発明の液体吐出ヘッドは、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素子を備える基板と、液体を吐出する吐出口を備える吐出口プレートと、を備える液体吐出ヘッドであって、前記吐出口は、前記吐出口プレートの外表面に形成される凹部の、前記外表面側に形成される開口部である第1の吐出口と、前記凹部の底面側に位置し、前記第1の吐出口より小さい開口部を備える第2の吐出口と、前記第1の吐出口の外縁部から前記第2の吐出口を介して前記第2の吐出口の中央部に向かって延在する複数の突起部と、を含み、液体吐出ヘッドに液体が充填された状態において、前記第2の吐出口の外縁部に液体のメニスカスが形成されるとともに、前記突起部の先端部におけるメニスカスは、前記第2の吐出口の外縁部よりも、液体を吐出する吐出方向に突出していることを特徴とする。
本発明により吐出口部における抵抗を低減しつつ、主滴に付随して発生するサテライトの発生を抑制することが可能となる。
本発明の液体吐出ヘッド斜視図である。 図1に示す液体吐出ヘッドの線分A−A’の断面図である。 (a)本発明の液体吐出ヘッドの吐出部正面図である(b)本発明の液体吐出ヘッドの吐出部断面図である。(c)本発明の液体吐出ヘッドの吐出口斜視図である。(d)本発明の液体吐出ヘッドのメニスカスを示す吐出口断面図である。(e)本発明の液体吐出ヘッドのメニスカスを示す吐出口断面図である。 (a)比較例としての液体吐出ヘッドの吐出部正面図である。(b)比較例としての液体吐出ヘッドの吐出部断面図である。(c)比較例としての液体吐出ヘッドの吐出口斜視図である。(d)比較例としての液体吐出ヘッドのメニスカスを示す吐出口断面図である。(e)比較例としての液体吐出ヘッドのメニスカスを示す吐出口断面図である。 (a)比較例としての液体吐出ヘッドの吐出工程図である。(b)本発明の液体吐出ヘッドの吐出工程図である。 本発明の液体吐出ヘッドの実施形態2の吐出部断面図である。 (a)本発明の液体吐出ヘッドの実施形態3の吐出部正面図である。(b)本発明の液体吐出ヘッドの実施形態3の吐出部断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の工程図である。 本発明が適用可能な吐出口形状の例を示す吐出部正面図である。
本実施形態のインクジェット液体吐出ヘッドの構成について図面を参照して説明する。図1は本実施形態の液体吐出ヘッドの斜視図であり、図2は図1に示す液体吐出ヘッドを線分A−A’で切った時の切断面である。基板34の上には流路構成部4及び吐出口プレート8が設けられている。液体吐出ヘッドに供給された液体は、インク供給口3および液流路l7を介して圧力室である発泡室5へと供給される。本実施形態において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素子として電気熱変換素子1を適用している。本発明はこれに限らず圧電素子を用いたピエゾタイプの液体吐出ヘッドにも適用可能である。
図1に示すように基板34の一面には、インク吐出に作用するエネルギー発生素子と、長細い矩形のインク供給口3とが形成されている。インク供給口3は基板34の表面に形成された長溝状の貫通孔であり、インク供給室10への開口に相当する。インク供給室10は、基板34の電気熱変換素子1が形成されている面とは反対側の面の溝に設けられ、インク供給口3を介して吐出部とつながっている。
電気熱変換素子1は、インク供給口3の長手方向の両側にそれぞれ1列ずつ電気熱変換素子1の間隔が600dpiのピッチで配列されている。さらに、基板34の一面には流路構成部4が設けられ、その上に吐出口プレート8が接合されている。吐出口プレートの外表面に8には、電気熱変換素子1に対応して吐出口2が設けられている。基板34は、流路構成部4の一部として機能し、その材質は、エネルギー発生手段、並びに吐出口2及び後述の流路を形成する材料層の支持体として機能し得るものであれば、特に限定されるものではない。本実施形態では、基板34にシリコン基板を用いた。
図2に示すように、インク供給口3から各電気熱変換素子1上の発泡室5にインクを導く為の液流路7が形成されている。そして、吐出口プレート8には、発泡室5を外部に通じさせる開口である吐出口2が形成されており、そこからインク滴を吐出する。なお、本実施形態では、吐出口プレート8と流路構成部4は同一部材であるが、別の部材であっても同様の効果が得られる。
(実施形態1)
ここで本発明に適用可能な実施形態を以下に示す。図3(a)に吐出口プレート正面から見た本発明の突起部を備える吐出口を、また図3(b)には、図3(a)を線分B−B’で切ったときの切断面を示す。図3(c)は、吐出口の斜視図である。図3(d)は、液体を充填した際のメニスカスの様子であり、図3(a)における線分B−B‘断面の吐出口近傍を示している。図3(e)は、液体を充填した際のメニスカスの様子であり、図3(a)における線分A−A‘断面の吐出口近傍を示している。比較例として、突起部を備える吐出口についての構成を、図3同様に図4(a)、(b)、(c)、(d)(e)に示す。
図3(a)に示す突起部を備える吐出口では、互いに対向する2本の突起部11と円形形状の吐出口外縁部12から成る第1の開口部(第1の吐出口)が吐出口プレートの外表面に形成されている。また吐出口外縁部12の内側に、第2の開口部(第2の吐出口)の円形形状の外縁部13が形成されている。吐出口プレート8の外表面には凹部が設けられており、第1の吐出口12は凹部の外表面側、第2の吐出口13は凹部の底面側に位置している。上記2つの開口部は、突起部を共有しており、形成された円形形状の外縁部の位置、及び面積が異なっている。図3(b)の断面図で示すように、第1の開口外縁部12から発泡室5へ向かう方向に窪み(凹部)が形成されており、その窪み部(凹部)に第2の開口部が形成される。その開口部の円形形状の外縁部13は、吐出口プレート8の表面に形成された円形形状の外縁部12より小さい面積(径)である。また図3(b)に示すように、圧力室5と吐出口とをつなぐ部分である吐出口部はテーパ形状となっている。このように吐出口部の圧力室側の開口径に対して、吐出口部の吐出口側の開口を小さい構成とすることで、吐出口部の流抵抗をより小さくすることができる。
本発明の突起部を備える吐出口は、第2の開口部(オリフィスプレートの外表面側)から発泡室側5に向かって、円形形状の外縁部13の径が広がる所謂テーパ形状となっており、突起部はそれに比べて直線形状である。互いに対向する突起部11は、吐出時に発生する微小副的、いわゆるサテライトやミストの発生を抑制する作用があり、吐出液滴後端部とメニスカスの分離は互いに対向する突起間で行われる。図3(c)で、吐出口斜視図を示す。突起部11の先端間の距離は、第2の吐出口13の開口径よりも小さい。前述したように、吐出口外縁部12から吐出口の中央部、より好ましくは中心に向かって突起部11が設けられ、突起部11の表面は、吐出口プレートと同等の位置にあり、吐出口外縁部13よりも吐出口プレート表面側に突出している。図に示すように、複数の突起部11の先端部と基板34との距離は、第2の吐出口13の外縁部と基板34との距離よりも大きい。別の観点では、複数の突起部11は、第1の吐出口12の外縁部から第2の吐出口13の中央部に向かって、吐出口プレート8の外表面に沿って延在している。
次に液体吐出ヘッドに液体を充填した際のメニスカス形成位置を、図3(d)、図3(e)に示す。図3(d)は、図3(a)のB−B’断面におけるメニスカスの状態を示している。メニスカスは窪み部に形成された円形形状の吐出口外縁部13の位置に形成されると同時に、突起部11においては、表面張力により突起部先端側壁部でメニスカス14が吐出方向へ持ち上がり、突起部11先端の周囲側壁に沿って隆起(突出)する。図3(e)は、図3(a)のA−A’断面におけるメニスカスを示しており、同様に、突起周囲の側壁において、メニスカス14が吐出方向へ隆起している。メニスカス隆起の大きさは、突起部11の側壁部と液体の接触角に依存しており、側壁の接触角が低く濡れやすい程、メニスカスは隆起する。
上記に対して、図4に比較例としての、突起部を備える吐出口を示す。突起部を備える吐出口としての基本的な性能は、図3で示す。突起部を備える吐出口と同等である。図4(a)に、吐出口プレート正面から見た従来の突起部を備える吐出口を、また図4(b)には、図4(a)を線分C−C‘で切ったときの断面を示す。図4(c)は吐出口斜視図である。
図4(d)は、液体を充填した際のメニスカスの様子であり、図4(a)における線分C−C‘断面の吐出口近傍を示している。図4(e)は、液体を充填した際のメニスカスの様子であり、図3(a)における線分D−D‘断面の吐出口近傍を示している。図4(a)に示すように、吐出口プレート8表面に形成された第1の開口の外縁部12は円形形状である。そして、その外縁部12の内側に、第2の開口として突起部11と円形形状から成る外縁部13が形成されている。よって、第1の開口部には突起が無く、第2の開口部にのみ突起が設けられた構造となっている。
続いて、図4(b)の断面図を見ると、上述したように、突起部11の端面は、第2の開口部と同等の位置であり、吐出口プレート8の表面よりも窪んだ位置、即ち発泡室5に近い位置に形成されている。図4(c)は吐出口の斜視図である。吐出口プレート表面に第1の開口外縁部12があり円形形状で突起は無い。窪み部に第2の開口外縁部13が形成され、そこには突起部11を備えている。従って、図4(d)および図4(e)に示すように、液体吐出ヘッドに吐出液体を充填した場合、液体のメニスカス14は第2の開口部の外縁部13の位置に形成され、突起部11の端面と同等の位置となる。
次に、本発明の吐出口における吐出工程について説明する。図5(a)は、比較例としての吐出工程図を示し、図5(b)が本発明の突起部を備える吐出口の吐出工程図である。図5(a)および図5(i)は、吐出動作直前の状態を示しており、メニスカスは、窪み部に位置する吐出口外縁部に沿って形成されている。その状態から(ii)で電気熱変換素子1に電気的な信号が印加されることで、吐出液体の膜沸騰による発泡が開始され、それに伴って吐出動作が開始される。(iii)で発泡した泡の大きさが最大となり、その後、(iv)以降、膜沸騰により発生した泡は消泡動作へと向かう。(iv)では、消泡動作に伴ってメニスカスが発泡室方向へと引き込まれ始め、突起間にはインクが残留している。(v)で消泡動作が完了し、メニスカスは発泡室内部へと引き込まれ、吐出液滴後端部と突起間のインクの分離が行われ、吐出動作が完了する。(vi)〜(viii)で吐出液体は、飛翔しながら主滴部15と液柱部16に分かれ、その後、液柱部16は複数の副滴に分離し、これがサテライトやミストとなる。
続いて図5(b)の本発明の吐出工程について説明する。(i)は、吐出動作直前の状態を示しており、前述した通り、メニスカスは、窪み部に位置する吐出口外縁部に形成されたメニスカスよりも、突起周辺のメニスカスが吐出方向へ向かって隆起している。その状態から(ii)電気熱変換素子1に電気的な信号が印加されることで、吐出液体の膜沸騰による発泡が開始され、それに伴って吐出動作が開始される。この時、(i)で隆起したメニスカス部分の液体の作用により、吐出液体の先端部分の液体体積が増加していることが分かる。(iii)、(iv)においても、隆起したメニスカス部分の液体によって、主滴部を形成する部分と液柱を形成する部分との接続部への作用が継続し、(v)では、その接続部は細く長い液柱となる。(vi)で主滴部と液柱部が分離し、液柱部の細い形状となった先端部は、その後(vii)で示すように液柱に取り込まれ、その取り込み時に、液柱先端部が減速する。(viii)で液柱は、液柱先端部の減速作用により液柱が短くなり、その後、複数の副滴に分離する為、サテライトやミストは少ない。また液柱先端部の減速作用によって、主滴に最も近い副滴17は、その他の副滴より飛翔速度が遅く、飛翔中に副滴同士が衝突して合体することとなり、サテライトやミストの発生が抑制される。
(実施形態2)
図6に本発明の第2の実施形態を示す。なお、基本的な吐出口の機能や、吐出動作は実施形態1と同様であるので、差異がある点について説明する。第1の実施形態における窪み部(凹部)はお椀形状の曲面で構成していたが、本実施形態では、窪み部は矩形で構成している。つまり屈曲部を有する平面で構成されている。窪み部が矩形であっても、吐出口外縁部のメニスカス位置より、突起側壁のメニスカス位置が吐出方向へ向かって隆起していれば、前述した吐出動作の作用により同様の効果が得られる。
(実施形態3)
図7に本発明の第3の実施形態を示す。図7(a)で、循環によって吐出口内のインクを撹拌し、粘度上昇をおさえるには、一般的に、吐出口プレート8の厚み(図中t1)は小さい方が良い。それは、吐出口プレート8が厚いとインクを循環させても吐出口内部の吐出口プレート8の表面に近いところまでインク流が発生しないため、その部分のインク粘度は上昇したままとなる為である。しかし一方で、吐出口プレート8を薄くすると、プレートの強度が低くなる為、亀裂が生じたり、割れてしまう等の懸念がある。また突起部を備える吐出口の突起の厚み(図中t1に同じ)も、吐出口プレートに伴って薄くなる為、突起部を備える吐出口のサテライト、ミスト抑制効果が薄れてしまうことがある。
それに対して、本発明を適用した場合は、図7(a)、(b)で示すように、窪み部の深さを調整することにより、吐出口近傍だけ吐出口プレートの厚みを薄くすることが可能である(図中t2)。また吐出口はテーパ形状の為、液流路7を流れる液体に対して、吐出口内に流れを呼び込み易い構造である。これらによって、吐出口プレート8の厚さを一定以上に保ちプレートの強度を確保しながら、吐出口内の液体を撹拌する効果を大きくすることができる。更に、窪み部を深くしても(図中t2を小さくしても)、突起部11の厚みはそれと独立して保持することができる為、突起部を備える吐出口のミスト抑制効果を保持することができる。
以上のように、発泡室5の両側に液流路を備えた液体吐出ヘッドにおいても、本発明の吐出口を適用することで、構造的な信頼性を保持したまま、吐出機能性能を向上させることができる。
(液体吐出ヘッドの製造方法)
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法について図8を用いて説明する。まず、図8(a)のように、液体を吐出するエネルギーを発生させる電気熱変換素子1を配置した基板34を用意する。図8(b)では、基板34に液流路7の型となる感光性樹脂Aを塗布し、露光・現像することで、液流路7をパターニングする。次に図8(c)では、液流路7を覆うように、流路壁や吐出口プレートとなる感光性樹脂Bを塗布する。
ここで、感光性樹脂層Bに凹みを形成する為に凹み部が非露光部となるように、マスクを介して露光する(図8(d))。即ち、オリフィスプレートやオリフィスプレート上の吐出口外縁部及び、突起部11が露光されることとなる。その後、感光性樹脂層Bの軟化点以上の温度で熱処理(Post Exposure Bake)をすることにより、露光部の感光性樹脂層Bは、硬化が進行して樹脂が収縮する(図8(e))。それにより、前述したオリフィスプレートやオリフィスプレート上の吐出口外縁部、突起部11が形成される。
また感光性樹脂Bの未露光部分は、軟化点以上に加熱されて、露光部の樹脂が硬化収縮に伴って収縮による体積相当分の凹みを形成する。そして、形成された凹み部に、円形吐出口を露光・現像してパターニングすることで、凹み部内に吐出口が得られる(図8(f))。ここで、露光の際に、空気と凹み部の界面において、光の屈折率の違いから、凹形状がレンズとなり入射光が屈折する。屈折角は、凹み部の傾斜角によって決まるため、吐出口外縁部は光が大きく屈折することでテーパ形状となる。
その後、図8(g)のように、シリコンの結晶方位によるエッチング速度の違いを利用する異方性エッチング技術を用いて、基板34の流路形成面と逆側から、インク供給口3を形成する。最後に、図8(h)のように、流路となる部分にある感光性樹脂Aを溶剤によって溶かし出し、溶かされた部分が流路となり、ヘッドが作成される。
本実施形態の製造方法においては、吐出口を形成する露光時のフォーカス位置が吐出口表面近傍の為、寸法精度の高い吐出口形成が可能である。また、凹み形状の径はマスクにより変更可能であり、凹みの深さは、露光量、熱処理の温度および時間により制御することが可能である。したがって形成する突起部を備える吐出口の寸法に合わせて、適宜調整することができる。
以上のように、本発明についてその吐出口形状や機能、及び製造方法について説明したが、本発明の突起部を備える吐出口は、上記に示す吐出口形状以外の吐出口形状にも適用可能である。本発明は吐出口の中心方向に向かう突起またはそれに類するような構造をもった吐出口形状をもつ液体吐出ヘッドに対して適用することができ、例えば図9(a)〜(c)に示すような吐出口形状においても適用可能である。
1 素子
2 吐出口
3 インク供給口
7 液流路
11 突起
12 外縁部
13 外縁部
14 メニスカス

Claims (11)

  1. 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素子を備える基板と、
    液体を吐出する吐出口を備える吐出口プレートと、
    を備える液体吐出ヘッドであって、
    前記吐出口は、前記吐出口プレートの外表面に形成される凹部の、前記外表面側に形成される開口部である第1の吐出口と、前記凹部の底面側に位置し、前記第1の吐出口より小さい開口部を備える第2の吐出口と、前記第1の吐出口の外縁部から前記第2の吐出口を介して前記第2の吐出口の中央部に向かって延在する複数の突起部と、を含み、
    前記複数の突起部の先端部と前記基板との距離は、前記第2の吐出口の外縁部と前記基板との距離よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 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素子を備える基板と、
    液体を吐出する吐出口を備える吐出口プレートと、
    を備える液体吐出ヘッドであって、
    前記吐出口は、前記吐出口プレートの外表面に形成される凹部の、前記外表面側に形成される開口部である第1の吐出口と、前記凹部の底面側に位置し、前記第1の吐出口より小さい開口部を備える第2の吐出口と、前記第1の吐出口の外縁部から前記第2の吐出口を介して前記第2の吐出口の中央部に向かって延在する複数の突起部と、を含み、
    前記複数の突起は、前記吐出口プレートの外表面に沿って延在していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 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素子を備える基板と、
    液体を吐出する吐出口を備える吐出口プレートと、
    を備える液体吐出ヘッドであって、
    前記吐出口は、前記吐出口プレートの外表面に形成される凹部の、前記外表面側に形成される開口部である第1の吐出口と、前記凹部の底面側に位置し、前記第1の吐出口より小さい開口部を備える第2の吐出口と、前記第1の吐出口の外縁部から前記第2の吐出口を介して前記第2の吐出口の中央部に向かって延在する複数の突起部と、を含み、
    液体吐出ヘッドに液体が充填された状態において、前記第2の吐出口の外縁部に液体のメニスカスが形成されるとともに、前記突起部の先端部におけるメニスカスは、前記第2の吐出口の外縁部よりも、液体を吐出する吐出方向に突出していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  4. 前記複数の突起部は、前記第2の吐出口部の中心に対して対向する位置に設けられている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記複数の突起部の先端間の距離は、前記第2の吐出口の開口径より小さい、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記第1の吐出口と前記第2の吐出口とは曲面によって繋がれている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記第1の吐出口と前記第2の吐出口とは屈曲部を有する平面よって繋がれている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記素子を内部に備える圧力室と、前記圧力室から前記第2の吐出口とをつなぐ吐出口部と、を備える、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記吐出口部の前記圧力室側の開口径は前記第2の吐出口側の開口径より大きい、請求項8に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記複数の突起部の先端部は、前記吐出口プレートの外表面側から前記圧力室側まで延在している、請求項8に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 前記圧力室側の前記複数の突起部の先端間の距離は、前記圧力室側の前記吐出口部の開口径より小さい、請求項10に記載の液体吐出ヘッド。
JP2017104161A 2017-05-26 2017-05-26 液体吐出ヘッド Pending JP2018199235A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017104161A JP2018199235A (ja) 2017-05-26 2017-05-26 液体吐出ヘッド
US15/987,678 US10406813B2 (en) 2017-05-26 2018-05-23 Liquid ejection head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017104161A JP2018199235A (ja) 2017-05-26 2017-05-26 液体吐出ヘッド

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018199235A true JP2018199235A (ja) 2018-12-20

Family

ID=64400838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017104161A Pending JP2018199235A (ja) 2017-05-26 2017-05-26 液体吐出ヘッド

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10406813B2 (ja)
JP (1) JP2018199235A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7392290B2 (ja) 2019-05-30 2023-12-06 セイコーエプソン株式会社 吐出ヘッド

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06286129A (ja) * 1992-02-20 1994-10-11 Seikosha Co Ltd インクジェットヘッド
US6123413A (en) * 1995-10-25 2000-09-26 Hewlett-Packard Company Reduced spray inkjet printhead orifice
US6371596B1 (en) * 1995-10-25 2002-04-16 Hewlett-Packard Company Asymmetric ink emitting orifices for improved inkjet drop formation
US7328975B2 (en) * 1997-07-15 2008-02-12 Silverbrook Research Pty Ltd Injet printhead with thermal bend arm exposed to ink flow
US6331055B1 (en) * 1999-08-30 2001-12-18 Hewlett-Packard Company Inkjet printhead with top plate bubble management
US6130688A (en) * 1999-09-09 2000-10-10 Hewlett-Packard Company High efficiency orifice plate structure and printhead using the same
US6450619B1 (en) * 2001-02-22 2002-09-17 Eastman Kodak Company CMOS/MEMS integrated ink jet print head with heater elements formed during CMOS processing and method of forming same
DE60234373D1 (de) * 2001-11-22 2009-12-24 Canon Kk Flüssigkeitsstrahlkopf
JP3950730B2 (ja) * 2002-04-23 2007-08-01 キヤノン株式会社 インクジェット記録ヘッドおよびインク吐出方法
US6938986B2 (en) * 2002-04-30 2005-09-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Surface characteristic apparatus and method
KR100510124B1 (ko) * 2002-06-17 2005-08-25 삼성전자주식회사 잉크제트 프린트 헤드의 제조 방법
US6938988B2 (en) * 2003-02-10 2005-09-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Counter-bore of a fluid ejection device
JP4296893B2 (ja) * 2003-09-30 2009-07-15 ブラザー工業株式会社 ノズルプレートの製造方法
JP4632421B2 (ja) * 2004-12-07 2011-02-16 キヤノン株式会社 インクジェット記録ヘッド
TW200732162A (en) * 2005-11-29 2007-09-01 Canon Kk Liquid discharge method, liquid discharge head and liquid discharge apparatus
JP5020708B2 (ja) * 2007-05-25 2012-09-05 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドおよびインクジェット記録装置
JP2008290379A (ja) * 2007-05-25 2008-12-04 Canon Inc 液体吐出ヘッド
KR101518733B1 (ko) * 2008-11-27 2015-05-11 삼성전자주식회사 노즐 플레이트 및 그 제조방법
JP2011073245A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Seiko Epson Corp 液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置
JP5804787B2 (ja) * 2011-06-13 2015-11-04 キヤノン株式会社 記録ヘッドおよびインクジェット記録装置
JP5930812B2 (ja) * 2012-04-06 2016-06-08 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドの製造方法
US9199460B2 (en) * 2013-06-28 2015-12-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Apparatuses including a plate having a recess and a corresponding protrusion to define a chamber
EP3000602B1 (en) * 2014-09-26 2020-07-22 Agfa Nv High viscosity jetting method
US10189253B2 (en) * 2016-09-28 2019-01-29 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection head and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
US10406813B2 (en) 2019-09-10
US20180339511A1 (en) 2018-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3675272B2 (ja) 液体吐出ヘッドおよびその製造方法
JP5511191B2 (ja) 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法および構造体の形成方法
JP2006192622A (ja) 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
KR20040005667A (ko) 액체 토출 헤드 및 이러한 헤드의 제조 방법
KR100460244B1 (ko) 잉크 제트 헤드, 그 제조 방법 및 잉크 제트 기록 장치
JP4614383B2 (ja) インクジェット記録ヘッドの製造方法、及びインクジェット記録ヘッド
JP2009061669A (ja) インクジェット記録ヘッド用基板の製造方法、インクジェット記録ヘッド及びその製造方法
JP2004042652A (ja) インクジェット記録ヘッド
JP5804787B2 (ja) 記録ヘッドおよびインクジェット記録装置
JP3890268B2 (ja) 液体吐出ヘッドおよび、該ヘッドの製造方法
JP2008179039A (ja) 液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法
JPH07205423A (ja) インクジェット印刷ヘッド
JP2004042398A (ja) 液体吐出ヘッドの製造方法
JP2018199235A (ja) 液体吐出ヘッド
JP5854682B2 (ja) 記録ヘッドとその製造方法
JP5335396B2 (ja) インクジェット記録ヘッドの製造方法
US6588887B2 (en) Liquid discharge head and method for liquid discharge head
US9669628B2 (en) Liquid ejection head substrate, method of manufacturing the same, and method of processing silicon substrate
JP6218543B2 (ja) 液体吐出ヘッド及びその製造方法
JP5911264B2 (ja) 液体吐出ヘッドの製造方法
JP2009226862A (ja) 液体吐出記録ヘッドの製造方法、及び液体吐出記録ヘッド
JP2012121168A (ja) 液体吐出ヘッド及びその製造方法
JPH05338168A (ja) インクジェット記録ヘッド
JP2010253685A (ja) インクジェット記録ヘッド及びその製造方法
JPH11188876A (ja) インクジェット記録ヘッド及び該インクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置