JP2020019205A - Liquid discharge head, liquid discharge unit, liquid discharge device, and liquid discharge head manufacturing method - Google Patents

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

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Abstract

To provide a liquid discharge head with high reliability thereon in which a surface processing film has excellent adhesion.SOLUTION: The liquid discharge head has a flow path forming member for forming a flow path for liquid. The flow path forming member has a surface processing film formed on a surface thereof in the flow path for liquid. The surface processing film contains an oxide of Si and an oxide of transition metal selected from a fourth group and a fifth group. At the flow path forming member side, contents of the Si are more in atomicity (atom%) than contents of the transition metal, and at the opposite side of the flow path forming member, contents of the transition metal are more in atomicity than contents of the Si.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する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, a liquid discharge unit, a device for discharging liquid, and a method for manufacturing a liquid discharge head.

産業用、商用印刷分野において、信頼性の高い液体吐出ヘッドが求められている。   In the industrial and commercial printing fields, a highly reliable liquid ejection head is required.

従来技術では、例えば表面処理膜を成膜した単結晶Siの液室基板とノズル基板を接着剤で接合している。しかし、液室基板と表面処理膜の密着性が悪く、これを適用した液体吐出ヘッドでは、初期不良、信頼性不良となったり、最悪の場合は、ノズル基板接合工程途中で液室基板表面と表面処理膜が剥離することがあり、安定した品質が得られないという問題がある。そのために、ヒートサイクル試験等を実製品で実施し、良品を選別する必要があり、工数、工期が掛かり、歩留低下、コスト増の問題がある。また、液体の流路を形成する流路形成部材の表面に形成された表面処理膜の密着性が悪いと、これを適用した液体吐出ヘッドの品質、信頼性が十分に得られないという問題がある。   In the prior art, for example, a single-crystal Si liquid chamber substrate on which a surface treatment film is formed and a nozzle substrate are joined with an adhesive. However, the adhesion between the liquid chamber substrate and the surface treatment film is poor, and in the liquid discharge head to which the liquid chamber head is applied, initial failure and reliability are poor, or in the worst case, the surface of the liquid chamber substrate is in the middle of the nozzle substrate bonding step. There is a problem that the surface treatment film may be peeled off and stable quality cannot be obtained. For this purpose, it is necessary to carry out a heat cycle test or the like on an actual product and to select a good product, which requires man-hours, a work period, a decrease in yield, and an increase in cost. In addition, if the adhesion of the surface treatment film formed on the surface of the flow path forming member that forms the liquid flow path is poor, there is a problem that the quality and reliability of the liquid ejection head to which this is applied cannot be sufficiently obtained. is there.

例えば、特許文献1では、接着剤と流路形成部材の表面に形成された表面処理膜との密着性を向上させる目的で、表面処理膜はSiを含む酸化膜であり、酸化膜は、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、タングステンなどの不動態膜を形成する遷移金属を含んでいることが開示されている。
しかし、流路形成部材と表面処理膜の密着性向上については記載されておらず、検討されていない。
For example, in Patent Document 1, in order to improve the adhesiveness between the adhesive and the surface treatment film formed on the surface of the flow path forming member, the surface treatment film is an oxide film containing Si, and the oxide film is tantalum. , Niobium, titanium, hafnium, zirconium, tungsten and the like.
However, there is no description about improving the adhesion between the flow path forming member and the surface treatment film, and no study is made.

また、特許文献2では、表面処理膜として有機膜を用いることが開示されている。
しかし、有機膜では水分の透過を完全に遮断できないため、インクなどに腐食されにくい材料を流路形成部材として使用しなければならないという問題がある。
Patent Document 2 discloses that an organic film is used as a surface treatment film.
However, since the organic film cannot completely block the permeation of moisture, there is a problem that a material which is hardly corroded by ink or the like must be used as the flow path forming member.

また、特許文献3では、表面処理膜としてSiO膜が開示されている。
しかし、表面処理膜としてのSiO膜は、強いアルカリ性の液体に対して水酸化物に変化し、イオン化されやすくなり、液中に溶け出してしまうため、結果として流路形成部材が損傷するという問題がある。
Patent Document 3 discloses an SiO 2 film as a surface treatment film.
However, the SiO 2 film as a surface treatment film changes to hydroxide with respect to a strongly alkaline liquid, is easily ionized, and is dissolved in the liquid. As a result, the flow path forming member is damaged. There's a problem.

なお、Ni、Tiなどの金属やSUSなどの合金材を表面処理膜に利用する場合もあるが、金属膜は酸性に液体に触れると酸化され、イオン化されやすくなることが多く、SUSのように溶解しにくい材料の場合、接着剤との接着機能が損なわれるという問題がある。   In some cases, a metal such as Ni or Ti or an alloy material such as SUS is used for the surface treatment film. However, the metal film is often oxidized when exposed to an acidic liquid and easily ionized. In the case of a material that is difficult to dissolve, there is a problem that the function of bonding with the adhesive is impaired.

本発明は、表面処理膜の密着性が良好であり、高い信頼性が得られる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a liquid discharge head in which the adhesion of a surface treatment film is good and high reliability is obtained.

上記課題を解決するために、本発明は、液体の流路を形成する流路形成部材を有する液体吐出ヘッドであって、前記流路形成部材は、前記液体の流路において表面に表面処理膜が形成され、前記表面処理膜は、Siの酸化物と、第4族及び第5族から選ばれる遷移金属の酸化物とを含み、前記流路形成部材側では前記Siの含有量が前記遷移金属の含有量よりも原子数比(atomic%)で多く、前記流路形成部材と反対側では前記遷移金属の含有量が前記Siの含有量よりも原子数比で多いことを特徴とする。   In order to solve the above problem, the present invention is a liquid ejection head having a flow path forming member for forming a liquid flow path, wherein the flow path forming member has a surface treatment film on a surface of the liquid flow path. Is formed, and the surface treatment film includes an oxide of Si and an oxide of a transition metal selected from Group 4 and Group 5; It is characterized in that the content of the transition metal is higher than the content of the metal in the atomic ratio (atomic%), and the content of the transition metal is higher in the atomic ratio than the content of the Si on the side opposite to the flow path forming member.

本発明によれば、表面処理膜の密着性が良好であり、高い信頼性が得られる液体吐出ヘッドを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a liquid ejection head in which the adhesion of the surface treatment film is good and high reliability is obtained.

本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of an example of a liquid ejection head according to the present invention. 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における液室長手方向の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a liquid ejection head according to the present invention in a liquid chamber longitudinal direction. 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における液室短手方向の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view in a lateral direction of a liquid chamber in an example of a liquid ejection head according to the present invention. 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における部分拡大図(A)及び(B)である。FIGS. 3A and 3B are partially enlarged views of an example of a liquid discharge head according to the present invention. FIGS. 表面処理膜におけるSiO及びTaの比率の関係を説明するための図である。It is a diagram for explaining the relationship between the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 in the surface treatment film. 表面処理膜におけるSiO及びTaの比率の関係を説明するための図(A)、及び、比率と強度の関係を説明するための図(B)である。FIG. 7A is a diagram for explaining the relationship between the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 in the surface treatment film, and FIG. 8B is a diagram for explaining the relationship between the ratio and the strength. 表面処理膜におけるSiO及びTaの比率の関係を説明するためのその他の図(A)、及び、比率と強度の関係を説明するためのその他の図(B)である。FIG. 9A is another diagram (A) for explaining the relationship between the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 in the surface treatment film, and another diagram (B) for explaining the relationship between the ratio and the strength. 表面処理膜におけるSiO及びTaの比率の変化のパターンを説明するための図である。It is a diagram for explaining the pattern of change in the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 in the surface treatment film. 本発明に係る液体吐出ユニットの一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a liquid ejection unit according to the present invention. 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic view illustrating another example of the liquid ejection unit according to the present invention. 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic view illustrating another example of the liquid ejection unit according to the present invention. 液体カートリッジの一例における斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of an example of a liquid cartridge. 本発明の液体を吐出する装置の他の例における斜視図である。It is a perspective view in other examples of the device which discharges the liquid of the present invention. 本発明の液体を吐出する装置の他の例における側面図である。It is a side view in other examples of the device which discharges the liquid of the present invention.

以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置及び液体吐出ヘッドの製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。   Hereinafter, a liquid discharge head, a liquid discharge unit, a device for discharging liquid, and a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiment described below, and can be changed in other embodiments, additions, modifications, deletions, and the like within a range that can be conceived by those skilled in the art. The present invention is also included in the scope of the present invention as long as the functions and effects of the present invention are exhibited.

本発明は、液体(インクと称することがある)の流路を形成する流路形成部材を有する液体吐出ヘッドであって、前記流路形成部材は、前記液体の流路において表面に表面処理膜が形成され、前記表面処理膜は、Siの酸化物と、第4族及び第5族から選ばれる遷移金属の酸化物とを含み、前記流路形成部材側では前記Siの含有量が前記遷移金属の含有量よりも原子数比(atomic%)で多く、前記流路形成部材と反対側では前記遷移金属の含有量が前記Siの含有量よりも原子数比で多いことを特徴とする。   The present invention is a liquid ejection head having a flow path forming member for forming a flow path of a liquid (sometimes referred to as ink), wherein the flow path forming member has a surface treatment film on a surface of the liquid flow path. Is formed, and the surface treatment film includes an oxide of Si and an oxide of a transition metal selected from Group 4 and Group 5; It is characterized in that the content of the transition metal is higher than the content of the metal in the atomic ratio (atomic%), and the content of the transition metal is higher in the atomic ratio than the content of the Si on the side opposite to the flow path forming member.

(液体吐出ヘッド)
「液体吐出ヘッド」とは、ノズルから液体を吐出・噴射する機能部品である。
吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が30mPa・s以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、DNA、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、3次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ(積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子)、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。
(Liquid ejection head)
The “liquid ejection head” is a functional component that ejects and ejects a liquid from a nozzle.
The liquid to be discharged is not particularly limited as long as it has a viscosity and a surface tension that can be discharged from the head, and the liquid has a viscosity of 30 mPa · s or less at room temperature, under normal pressure, or by heating and cooling. Is preferred. More specifically, solvents such as water and organic solvents, coloring agents such as dyes and pigments, polymerizable compounds, resins, functional imparting materials such as surfactants, and biocompatible materials such as DNA, amino acids, proteins, and calcium. , Edible materials such as natural pigments, and the like, solutions, suspensions, emulsions, and the like. These include, for example, ink-jet inks, surface treatment solutions, components of electronic elements and light-emitting elements, and formation of electronic circuit resist patterns. It can be used for applications such as liquids for liquids and material liquids for three-dimensional modeling.
As the energy generation source for discharging liquid, piezoelectric actuators (laminated piezoelectric elements and thin-film piezoelectric elements), thermal actuators using electrothermal transducers such as heating resistors, and electrostatic actuators composed of a diaphragm and a counter electrode are used. Are included.

<液体吐出ヘッドの基本構成>
本実施形態に係る液体吐出ヘッドの基本構成を説明する。
図1は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図であり、図2は図1における液室長辺方向の断面模式図、図3は図1における液室短辺方向の断面模式図である。なお、本実施形態の液体吐出ヘッドは圧電型アクチュエータを有する液体吐出ヘッドとしている。
<Basic configuration of liquid ejection head>
The basic configuration of the liquid ejection head according to the embodiment will be described.
FIG. 1 is a perspective view of the liquid discharge head according to the present embodiment, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the long side direction of the liquid chamber in FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in the short side direction of the liquid chamber in FIG. Note that the liquid ejection head of the present embodiment is a liquid ejection head having a piezoelectric actuator.

図に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド1は、基板面部に設けたノズル孔から液滴を吐出させるサイドシュータータイプのものであり、アクチュエータ基板100に液体吐出エネルギーを発生する圧電体素子2、振動板3を備え、加圧液室隔壁4、加圧液室5、流体抵抗部7、及び共通液室8を形成している。各加圧液室5は、加圧液室隔壁4で仕切られている。   As shown in the drawing, the liquid discharge head 1 of the present embodiment is of a side shooter type that discharges liquid droplets from nozzle holes provided in a substrate surface portion, and a piezoelectric element that generates liquid discharge energy on an actuator substrate 100. 2, a vibrating plate 3 and a pressurized liquid chamber partition 4, a pressurized liquid chamber 5, a fluid resistance part 7, and a common liquid chamber 8 are formed. Each pressurized liquid chamber 5 is partitioned by a pressurized liquid chamber partition 4.

また、サブフレーム基板200には、外部から液滴を供給する液滴供給口66と共通液滴流路9、及び振動板3が撓むことができるように空隙部67が形成されている。また、ノズル基板300には、個々の加圧液室5に対応した位置にノズル孔6が形成されている。また引き出し配線層を保護する目的でパッシベーション膜50が形成されている。これらアクチュエータ基板100、サブフレーム基板200、及びノズル基板300を接合することにより、液体吐出ヘッド1が形成されている。   Further, the subframe substrate 200 is provided with a droplet supply port 66 for supplying a droplet from the outside, a common droplet flow path 9, and a gap 67 so that the diaphragm 3 can bend. The nozzle substrate 300 has nozzle holes 6 at positions corresponding to the individual pressurized liquid chambers 5. Further, a passivation film 50 is formed for the purpose of protecting the lead wiring layer. The liquid ejection head 1 is formed by joining the actuator substrate 100, the subframe substrate 200, and the nozzle substrate 300.

アクチュエータ基板100は、図1、図2に示すように、加圧液室5の一部壁面を形成する振動板3と、振動板3を介して加圧液室5と対向する側に圧電体素子2とが形成されている。また、共通液室8の振動板3面は、共通液滴流路9が形成されており、ここから液体を外部から供給できるようになっている。図2に示すように、振動板3を介して加圧液室5に対向する側に形成されている圧電体素子2は、共通電極10、個別電極11、圧電体12から構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the actuator substrate 100 includes a vibration plate 3 that forms a partial wall surface of the pressurized liquid chamber 5, and a piezoelectric body on the side facing the pressurized liquid chamber 5 via the vibration plate 3. An element 2 is formed. Further, a common liquid droplet flow path 9 is formed on the surface of the diaphragm 3 of the common liquid chamber 8 so that a liquid can be supplied from outside. As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 2 formed on the side facing the pressurized liquid chamber 5 with the diaphragm 3 interposed therebetween includes a common electrode 10, individual electrodes 11, and a piezoelectric element 12.

このように形成された液体吐出ヘッド1においては、各加圧液室5内に液体、例えば記録液(インク)が満たされた状態で、制御部から画像データに基づいて、記録液の吐出を行いたいノズル孔6に対応する個別電極11に対して、発振回路により、引き出し配線40、層間絶縁膜45に形成された接続孔30を介して例えば20Vのパルス電圧を印加する。   In the liquid ejection head 1 formed as described above, in a state in which each of the pressurized liquid chambers 5 is filled with a liquid, for example, a recording liquid (ink), the control section discharges the recording liquid based on image data. A pulse voltage of, for example, 20 V is applied to the individual electrode 11 corresponding to the nozzle hole 6 to be performed by the oscillation circuit via the lead-out line 40 and the connection hole 30 formed in the interlayer insulating film 45.

この電圧パルスを印加することにより、圧電体12は、電歪効果により圧電体12そのものが振動板3と平行方向に縮むことにより、振動板3が加圧液室5方向に撓む。これにより、加圧液室5内の圧力が急激に上昇して、加圧液室5に連通するノズル孔6から記録液が吐出する。   By applying the voltage pulse, the piezoelectric body 12 contracts in the direction parallel to the diaphragm 3 due to the electrostriction effect, so that the diaphragm 3 bends toward the pressurized liquid chamber 5. As a result, the pressure in the pressurized liquid chamber 5 rises sharply, and the recording liquid is discharged from the nozzle holes 6 communicating with the pressurized liquid chamber 5.

次にパルス電圧印加後は、縮んだ圧電体12が元に戻ることから撓んだ振動板3は、元の位置に戻るため、加圧液室5内が共通液室8内に比べて負圧となり、外部から液滴供給口66を介して供給されているインクが共通液滴流路9、共通液室8から流体抵抗部7を介して加圧液室5に供給される。
これを繰り返すことにより、液滴(液体)を連続的に吐出でき、液体吐出ヘッドに対向して配置した被記録媒体(用紙)に画像を形成する。
Next, after application of the pulse voltage, the vibrating plate 3 which is bent because the contracted piezoelectric body 12 returns to its original position returns to its original position, so that the inside of the pressurized liquid chamber 5 is more negative than the inside of the common liquid chamber 8. Pressure is applied, and ink supplied from outside via the droplet supply port 66 is supplied to the pressurized liquid chamber 5 from the common liquid droplet channel 9 and the common liquid chamber 8 via the fluid resistance part 7.
By repeating this, droplets (liquid) can be continuously ejected, and an image is formed on a recording medium (paper) arranged opposite to the liquid ejection head.

<本実施形態の液体吐出ヘッドの一例>
次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの詳細について、製造方法を示しつつ説明する。
本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体の流路において流路形成部材の表面に表面処理膜を形成する工程を有し、必要に応じてその他の工程を有する。流路形成部材は、液体の流路を形成するための部材であり、例えば本実施形態のように、サブフレーム基板200、アクチュエータ基板100、ノズル基板300が挙げられる。
<One example of the liquid ejection head of the present embodiment>
Next, details of the liquid ejection head of the present embodiment will be described with reference to a manufacturing method.
The method of manufacturing a liquid ejection head according to the present embodiment includes a step of forming a surface treatment film on the surface of a flow path forming member in a liquid flow path, and includes other steps as necessary. The flow path forming member is a member for forming a liquid flow path, and includes, for example, the subframe substrate 200, the actuator substrate 100, and the nozzle substrate 300 as in the present embodiment.

まず、図2等に示されるアクチュエータ基板100に、公知の方法により振動板3、圧電体素子2を形成する。次いで、公知の方法により、層間絶縁膜45、接続孔30、配線パターン42、引き出し配線40、引き出し配線パッド41を形成する。   First, the vibration plate 3 and the piezoelectric element 2 are formed on the actuator substrate 100 shown in FIG. 2 and the like by a known method. Next, the interlayer insulating film 45, the connection hole 30, the wiring pattern 42, the lead wiring 40, and the lead wiring pad 41 are formed by a known method.

次に、サブフレーム基板に対して、例えばリソエッチ法により貫通孔部60、空隙部67を形成する。サブフレーム基板200としては、Si基板を用いることが好ましい。
次いで、サブフレーム基板200とアクチュエータ基板100とを接合する。接合方法は、特に制限されるものではなく、適宜変更することが可能である。
Next, the through hole 60 and the void 67 are formed in the sub-frame substrate by, for example, a litho-etch method. As the subframe substrate 200, it is preferable to use a Si substrate.
Next, the subframe substrate 200 and the actuator substrate 100 are joined. The joining method is not particularly limited, and can be appropriately changed.

なお、上記の工程に関して、アクチュエータ基板100の工程とサブフレーム基板200の工程はどちらを先に行ってもよい。   Regarding the above steps, either the step of the actuator substrate 100 or the step of the subframe substrate 200 may be performed first.

次に、アクチュエータ基板100に加圧液室5を形成する。加圧液室5の形成には、例えばICPエッチャーを用い、例えばCFガスを用いてドライエッチングで加工していく。しかし、この場合、加圧液室5の形成後にアクチュエータ基板100の表面にC、Fが汚染物として残りやすくなる。 Next, the pressurized liquid chamber 5 is formed in the actuator substrate 100. The pressurized liquid chamber 5 is formed by dry etching using, for example, an ICP etcher and using, for example, CF 4 gas. However, in this case, C and F are likely to remain as contaminants on the surface of the actuator substrate 100 after the formation of the pressurized liquid chamber 5.

そのため、本実施形態では、流路形成部材の表面のC、Fを除去する目的と、流路形成部材、特にSiで構成された流路形成部材の表面を酸化させる目的で、例えばICPエッチャー内でOプラズマ処理を行うことが好ましい。これにより、C、F等の汚染物を除去することができ、結合を阻害する要因を排除できるとともに、自然酸化させることで、Siよりも流路形成部材の表面と表面処理膜との密着力を向上させることができる。なお、流路形成部材と表面処理膜との界面における不純物量(C量、F量)は5atomic%以下であることが好ましい。 Therefore, in the present embodiment, for the purpose of removing C and F on the surface of the flow path forming member and for the purpose of oxidizing the surface of the flow path forming member, particularly the flow path forming member made of Si, for example, an ICP etcher is used. It is preferable to perform O 2 plasma treatment at This makes it possible to remove contaminants such as C and F, to eliminate factors that hinder the bonding, and to perform natural oxidation, whereby the adhesion between the surface of the flow path forming member and the surface treatment film can be reduced as compared with Si. Can be improved. In addition, it is preferable that the impurity amount (C amount, F amount) at the interface between the flow path forming member and the surface treatment film is 5 atomic% or less.

次に、表面処理膜を形成する。表面処理膜を形成することにより、流路形成部材の耐液性を確保することができ、液体と接することにより生じる流路形成部材の劣化を防止することができる。表面処理膜が形成されている箇所の一例における断面図を図4に示す。   Next, a surface treatment film is formed. By forming the surface treatment film, liquid resistance of the flow path forming member can be ensured, and deterioration of the flow path forming member caused by contact with the liquid can be prevented. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a portion where the surface treatment film is formed.

流路形成部材は、液体吐出ヘッドの高精度化、高密度化に伴い、微細加工技術に適した単結晶Si基板を用いることが好ましい。この場合、結合力の強固なシロキサン結合(Si−O−Si結合)させるために、表面処理膜の流路形成部材側ではSiの比率(原子数比(atomic%))を所定の値よりも大きくすることが好ましく、これにより界面の密着性を向上させることができる。   It is preferable to use a single-crystal Si substrate suitable for microfabrication technology as the flow path forming member becomes more precise and higher in density of the liquid ejection head. In this case, in order to form a strong siloxane bond (Si-O-Si bond), the ratio of Si (atomic ratio) on the flow path forming member side of the surface treatment film is higher than a predetermined value. It is preferable to increase the size, whereby the adhesion at the interface can be improved.

ところが、表面処理膜をSiの酸化物のみで作製すると、強いアルカリ性の液体に対して水酸化物に変化し、イオン化されやすくなって、液中に溶け出してしまい、結果として流路形成部材が損傷するという問題が発生する。   However, if the surface treatment film is made of only Si oxide, it changes to hydroxide with respect to a strongly alkaline liquid, becomes easily ionized, and dissolves in the liquid. The problem of damage occurs.

このため、流路形成部材と反対側(流路側とも称する)では、第4族又は第5族の遷移金属の比率(原子数比)を所定の値よりも大きくすることが好ましく、これにより上記の問題を抑制することができる。   For this reason, on the side opposite to the flow path forming member (also referred to as the flow path side), it is preferable that the ratio (atomic ratio) of the Group 4 or Group 5 transition metal be larger than a predetermined value. Problem can be suppressed.

表面処理膜全体としては、Siと遷移金属の比率が表面処理膜の膜厚方向で変化していることが好ましい。これにより、表面処理膜の成膜時に内部応力を低減することができ、輸送環境中の温度影響によって生じる界面の剥がれを抑制することができる。   As for the entire surface treatment film, it is preferable that the ratio of Si to the transition metal changes in the thickness direction of the surface treatment film. This makes it possible to reduce the internal stress at the time of forming the surface treatment film, and it is possible to suppress the peeling of the interface caused by the temperature effect in the transport environment.

表面処理膜における遷移金属としては、Hf、Ta及びZrから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。これにより、耐液体耐性(耐インク耐性)をより向上させることができる。   The transition metal in the surface treatment film is preferably at least one selected from Hf, Ta, and Zr. Thereby, the liquid resistance (ink resistance) can be further improved.

表面処理膜は、Ta−Siの結合状態を有することが好ましい。この場合、表面処理膜の界面の結合をより強くし、表面処理膜の密着力をより向上させることができるとともに、耐液体耐性をより向上させることができる。結合状態はXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析により特定することができる。   The surface treatment film preferably has a Ta-Si bonding state. In this case, the bonding at the interface of the surface treatment film can be further strengthened, the adhesion of the surface treatment film can be further improved, and the liquid resistance can be further improved. The binding state can be specified by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis.

表面処理膜52の膜厚としては、30〜100nmが好ましく、30〜70nmがより好ましい。上記範囲の場合、表面処理膜の密着力向上と耐液滴(インク)耐性を得ることができる。   The thickness of the surface treatment film 52 is preferably 30 to 100 nm, more preferably 30 to 70 nm. In the case of the above range, it is possible to improve the adhesion of the surface treatment film and to obtain the resistance to droplets (ink).

表面処理膜の成膜方法としては、適宜変更することが可能であり、例えばALD法、スパッタ法、CVD法等が挙げられる。被覆性の観点から、中でもALD法が好ましい。ALD法は凹凸に対して均一に成膜できるため、入組んだ構造体にも均一に成膜できるという利点を有する。   The method for forming the surface treatment film can be appropriately changed, and examples thereof include an ALD method, a sputtering method, and a CVD method. From the viewpoint of coatability, the ALD method is particularly preferable. The ALD method has an advantage that a uniform film can be formed even on a complicated structure because the film can be formed uniformly on the irregularities.

次に、表面処理膜の一例について説明する。ここでは、ALD法により、SiO膜とTa膜を交互に成膜する例を挙げて説明する。ALD法では、成膜したい膜を1分子層ごとにデジタル的に成膜することができる。しかし、その1分子層ごとの膜は、理想的には成膜する流路形成部材の表面に均一に成膜されるはずだが、表面エネルギーのバラツキから、実際には島状に成膜されている。従って、流路形成部材と表面処理膜との界面では、島状に成膜されたSiO膜とTa膜が混在している。このSiO膜とTa膜の界面の接触面積比に密着性は依存している。 Next, an example of the surface treatment film will be described. Here, an example in which a SiO 2 film and a Ta 2 O 5 film are alternately formed by the ALD method will be described. In the ALD method, a film to be formed can be digitally formed for each molecular layer. However, the film for each molecular layer should ideally be uniformly formed on the surface of the flow path forming member on which the film is formed. However, due to the variation in surface energy, the film is actually formed in an island shape. I have. Therefore, at the interface between the flow path forming member and the surface treatment film, the island-shaped SiO 2 film and the Ta 2 O 5 film are mixed. The adhesion depends on the contact area ratio of the interface between the SiO 2 film and the Ta 2 O 5 film.

通常は、SiO膜を成膜するステップの次にTa膜を成膜するステップを各1ステップずつ交互に成膜するが、Si含有量を大きくする場合は、SiO膜の成膜を連続して複数ステップ処理すればよい。すなわち、Si含有量はその複数ステップの回数を変えることにより調整できる。表面処理膜と流路形成部材との密着力や内部応力の観点からSiOとTaの膜組成比率を調整しながら成膜していく。 Normally, a step of forming a SiO 2 film and then a step of forming a Ta 2 O 5 film are alternately formed one by one. However, when increasing the Si content, the formation of the SiO 2 film is performed. The film may be continuously processed in a plurality of steps. That is, the Si content can be adjusted by changing the number of steps. The film is formed while adjusting the film composition ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 from the viewpoint of the adhesion between the surface treatment film and the flow path forming member and the internal stress.

図5に、表面処理膜におけるSiO及びTaの比率の関係を説明するための図を示す。図5は表面処理膜の膜厚方向でのSiO及びTaの比率を示しており、縦軸をSiO量として表している。縦軸の値が大きい場合はSiOの比率が大きく、Taの比率が小さいことを意味し、縦軸の値が小さい場合はSiOの比率が小さく、Taの比率が大きいことを意味している。
また、SiOの比率はSiの比率(原子数比(atomic%))を示し、Taの比率はTaの比率(原子数比(atomic%))を示す。
Figure 5 shows a diagram for explaining a relationship of the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 in the surface treatment film. FIG. 5 shows the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 in the thickness direction of the surface treatment film, and the vertical axis represents the amount of SiO 2 . When the value of the vertical axis is large, the ratio of SiO 2 is large and the ratio of Ta 2 O 5 is small. When the value of the vertical axis is small, the ratio of SiO 2 is small and the ratio of Ta 2 O 5 is small. It means big.
The ratio of SiO 2 indicates the ratio of Si (atomic ratio (atomic%)), and the ratio of Ta 2 O 5 indicates the ratio of Ta (atomic ratio (atomic%)).

図示されるように、従来は膜厚方向にばらつきがなく、SiO及びTaの比率が一定となっている。 As shown in the figure, conventionally, there is no variation in the film thickness direction, and the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 is constant.

一方、本発明の一実施形態では、以下のようにしている。
(1)流路形成部材と表面処理膜との密着力改善のため、流路形成部材側ではSiの含有量が遷移金属の含有量よりも原子数比(atomic%)で多くなっている。
(2)インク耐性改善のため、流路形成部材と反対側では遷移金属の含有量がSiの含有量よりも原子数比で多くなっている。
On the other hand, in one embodiment of the present invention, the following is performed.
(1) In order to improve the adhesion between the flow path forming member and the surface treatment film, the content of Si is higher in the atomic ratio (atomic%) than the content of the transition metal on the flow path forming member side.
(2) In order to improve the ink resistance, the content of the transition metal on the side opposite to the flow path forming member is higher in atomic ratio than the content of Si.

また、以下のようにすることが好ましい。
(3)流路形成部材側とその反対側との間は内部応力低減のため、Siと遷移金属の比率が表面処理膜の膜厚方向で単調に又は徐々に変化している。
Further, it is preferable to perform the following.
(3) The ratio between Si and the transition metal changes monotonically or gradually in the thickness direction of the surface treatment film to reduce internal stress between the flow path forming member side and the opposite side.

図6に、表面処理膜におけるSiO及びTaの比率の関係を説明するための図(A)、及び、比率と強度の関係を説明するための図(B)を示す。図6(A)では、表面処理膜の流路側(流路形成部材と反対側)において、SiO及びTaの比率を変えた場合のグラフを示しており、図5と同様に縦軸をSiO量として表している。図6(B)では図6(A)のように比率を変えたときのピール試験強度とインク浸漬試験での結果を示している。なお、図6(A)の(a)、(c)、(e)は図6(B)の(a)、(c)、(e)に対応しており、図6(A)では(b)、(d)を省略している。 FIG. 6 shows a diagram (A) for explaining the relationship between the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 in the surface treatment film, and a diagram (B) for explaining the relationship between the ratio and the strength. FIG. 6A shows a graph in the case where the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 is changed on the flow path side (the side opposite to the flow path forming member) of the surface treatment film, and as in FIG. The axis is expressed as the amount of SiO 2 . FIG. 6B shows the results of the peel test strength and the ink immersion test when the ratio is changed as in FIG. 6A. Note that (a), (c), and (e) in FIG. 6A correspond to (a), (c), and (e) in FIG. 6B, and in FIG. b) and (d) are omitted.

なお、ピール試験強度は表面処理膜の密着性評価の一つであり、所定のテープを貼り付けて引きはがすことにより評価する。また、インク浸漬試験は耐液性評価の一つであり、インクに所定期間浸漬し、前後での外観状況により評価する。   The peel test strength is one of the evaluations of the adhesion of the surface-treated film, and is evaluated by attaching a predetermined tape and peeling it off. The ink immersion test is one of the evaluations of liquid resistance. The ink immersion test is immersed in the ink for a predetermined period, and is evaluated based on the appearance before and after.

図示されるように、流路側のTa組成比率が小さくなってくると、全体的にSiOの割合が増えてピール試験強度が大きくなる傾向となる。ただし、ある領域を超えるとインク耐性が悪くなり、インク浸漬試験でNGが発生してくる。 As shown in the figure, when the composition ratio of Ta 2 O 5 on the flow channel side decreases, the ratio of SiO 2 generally increases and the peel test strength tends to increase. However, if it exceeds a certain area, the ink resistance deteriorates, and NG occurs in the ink immersion test.

図7に、表面処理膜におけるSiO及びTaの比率の関係を説明するためのその他の図(A)、及び、比率と強度の関係を説明するためのその他の図(B)を示す。図7(A)に示されるように、流路形成部材側もしくは流路側の膜厚領域を変えることで組成変調振りを実施している。 FIG. 7 shows another diagram (A) for explaining the relationship between the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 in the surface treatment film, and another diagram (B) for explaining the relationship between the ratio and the strength. Show. As shown in FIG. 7A, the composition modulation is performed by changing the film thickness region on the flow path forming member side or the flow path side.

ここでは、(a)、(c)、(e)の3つの例を示しており、(a)、(c)、(e)は(a’)、(c’)、(e’)に対応している。流路形成部材側ではSiOの比率が大きい領域の膜厚を(a)、(c)、(e)の順に厚くしている。一方、流路側ではTaの比率が大きい領域の膜厚を(a’)、(c’)、(e’)の順に厚くしている。 Here, three examples of (a), (c), and (e) are shown, and (a), (c), and (e) are replaced with (a '), (c'), and (e '). Yes, it is. On the channel forming member side, the thickness of the region where the ratio of SiO 2 is large is increased in the order of (a), (c) and (e). On the other hand, on the channel side, the thickness of the region where the ratio of Ta 2 O 5 is large is increased in the order of (a ′), (c ′), and (e ′).

そのときの表面処理膜のピール試験結果とHCT(ヒートサイクルテスト)試験での結果を図7(B)に示している。なお、HCT試験は、信頼性評価の一つである。   FIG. 7B shows a peel test result of the surface-treated film and an HCT (heat cycle test) test result at that time. The HCT test is one of the reliability evaluations.

図示されるように、流路形成部材側のSiOの比率が大きい領域の膜厚、もしくは、流路側のTaの比率が大きい領域の膜厚が厚くなってくるとピール試験強度は上昇するが、あるところから今度は低下するようになり、HCT試験でもNGとなる領域が発生してくる。途中でピール試験強度が低下する理由としては、十分な組成変調ができないことにより、流路部材側では圧縮応力が大きくなり、流路側では引張応力が大きくなるといった表面処理膜の膜厚内で大きな応力差が生じてしまい、その影響でピール試験強度が低下したと考えている。 As shown in the drawing, when the film thickness in the region where the ratio of SiO 2 on the flow path forming member side is large or the film thickness in the region where the ratio of Ta 2 O 5 on the flow path side is large becomes thicker, the peel test strength becomes smaller. It rises, but then falls from a certain point, and an NG area occurs in the HCT test. The reason why the peel test strength decreases in the middle is that due to the inability to sufficiently modulate the composition, the compressive stress increases on the flow channel member side, and the tensile stress increases on the flow channel side. It is thought that a stress difference was caused, and the peel test strength was reduced by the influence.

上記を考慮し、表面処理膜の流路形成部材側の表面処理膜としては、Siの比率が80atomic%以上となる領域が1nm以上20nm以下となることが好ましく、3nm以上から10nm以下であることがより好ましい。1nm以上である場合、流路形成部材と表面処理膜との密着力が低下することを防ぎ、剥がれをより抑制できる。また20nm以下である場合、表面処理膜の膜厚内で大きな応力差が生じることを防ぎ、ピール試験強度が低下することをより抑制できる。   In consideration of the above, as the surface treatment film on the flow path forming member side of the surface treatment film, the region where the ratio of Si is 80 atomic% or more is preferably 1 nm or more and 20 nm or less, and more preferably 3 nm or more and 10 nm or less. Is more preferred. When the thickness is 1 nm or more, it is possible to prevent a decrease in adhesion between the flow path forming member and the surface treatment film, and to further suppress peeling. When the thickness is 20 nm or less, it is possible to prevent a large stress difference from occurring within the thickness of the surface treatment film, and to further suppress a decrease in peel test strength.

流路形成部材側の表面処理膜として、Siの比率が90%以上であることがより好ましく、この場合、流路形成部材と表面処理膜との密着力をより高めることができ、剥がれを更に防止できる。   As the surface treatment film on the side of the flow path forming member, it is more preferable that the ratio of Si is 90% or more. In this case, the adhesion between the flow path forming member and the surface treatment film can be further increased, and peeling can be further reduced. Can be prevented.

一方、流路側の表面処理膜としては、Ta(遷移金属)の比率が50%以上となっている領域が1nm以上20nm以下となることが好ましく、3nm以上10nm以下となることがより好ましい。1nm以上である場合、インク耐性が悪くなることを防ぎ、インク浸漬試験でNGが発生することをより抑制できる。また20nm以下である場合、表面処理膜の膜厚内で大きな応力差が生じることを防ぎ、ピール試験強度が低下することをより抑制できる。   On the other hand, as the surface treatment film on the flow path side, the region where the ratio of Ta (transition metal) is 50% or more is preferably 1 nm or more and 20 nm or less, more preferably 3 nm or more and 10 nm or less. When it is 1 nm or more, deterioration of ink resistance can be prevented, and generation of NG in an ink immersion test can be further suppressed. When the thickness is 20 nm or less, it is possible to prevent a large stress difference from occurring within the thickness of the surface treatment film, and to further suppress a decrease in peel test strength.

流路側の表面処理膜として、Ta(遷移金属)の比率が70%以上であることがより好ましく、この場合、インク耐性がより向上し、インク浸漬試験でのNGを減らすことができる。   It is more preferable that the ratio of Ta (transition metal) is 70% or more as the surface treatment film on the flow path side. In this case, the ink resistance is further improved, and NG in the ink immersion test can be reduced.

図5の(3)に示したように、Siの酸化物と遷移金属の酸化物は組成変調しており、傾斜している。傾斜のパターンとしては、これに限られるものではない。図8に傾斜パターン(1)〜(3)を例として示す。Siと遷移金属の比率が表面処理膜の膜厚方向で単調に又は徐々に変化していることが好ましく、傾斜のパターンは1つに限られるものではない。   As shown in (3) of FIG. 5, the oxide of Si and the oxide of transition metal are compositionally modulated and inclined. The inclination pattern is not limited to this. FIG. 8 shows the inclined patterns (1) to (3) as an example. It is preferable that the ratio of Si and the transition metal changes monotonically or gradually in the thickness direction of the surface treatment film, and the inclination pattern is not limited to one.

表面処理膜におけるSi、遷移金属及びその酸化物の比率の測定方法について説明する。表面処理膜を形成した後の流路形成部材について、表面処理膜の断面観察をTEM(透過電子顕微鏡)で実施し、各層の測長を行う。また組成に関してはEDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)分析を行い、Si、遷移金属及びその酸化物の定量化している。こちらは、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析でも同様な結果が得られるため可能である。
なお、ノズル基板300を接合した後などの液体吐出ヘッドに対しても同様にEDX分析を行い、定量化することができる。
A method for measuring the ratio of Si, the transition metal and its oxide in the surface treatment film will be described. With respect to the flow path forming member after the formation of the surface treatment film, the cross section of the surface treatment film is observed with a TEM (transmission electron microscope) to measure the length of each layer. Regarding the composition, EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) analysis is performed to quantify Si, transition metals and their oxides. This is possible because similar results can be obtained by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis.
Note that the EDX analysis can be similarly performed on the liquid ejection head after the nozzle substrate 300 is joined, and the liquid ejection head can be quantified.

表面処理膜を成膜する場合、サブフレーム基板200におけるアクチュエータ基板100とは反対側の面などには、ALD法による膜が形成されないようにサポートテープ等による保護が行われる。このようなサポートテープ等による保護は、引き出し配線パッド41にALD法による膜が付着し、電気的な導通が取れなくなる不具合等を防止する役割も担う。   When the surface treatment film is formed, the surface of the subframe substrate 200 opposite to the actuator substrate 100 is protected by a support tape or the like so that the film is not formed by the ALD method. Such protection by a support tape or the like also plays a role in preventing a problem such as a failure in which electrical conduction cannot be obtained due to a film formed by the ALD method on the lead wiring pad 41.

しかし、サポートテープ等をサブフレーム基板につけた状態でALDチャンバーに入れると、サポートテープからのガスの影響で流路形成部材の表面にC等の汚染物が付着しやすくなる。この状態でALD法等により表面処理膜が成膜されると、表面処理膜と流路形成部材との膜密着力が低下することがある。   However, when the support tape or the like is put into the ALD chamber with the sub-frame substrate attached, contaminants such as C easily adhere to the surface of the flow path forming member due to the influence of the gas from the support tape. If the surface treatment film is formed by the ALD method or the like in this state, the film adhesion between the surface treatment film and the flow path forming member may be reduced.

本実施形態では、ALD装置内でO処理を行うことが好ましく、これにより、C量の除去を実施する。C量を除去することにより、膜密着力の低下を抑制することができる。 In the present embodiment, it is preferable to perform the O 3 treatment in the ALD apparatus, thereby removing the C amount. By removing the amount of C, it is possible to suppress a decrease in film adhesion.

本実施形態において、O処理は適宜変更することが可能であるが、O処理は表面処理膜を成膜する前に行うことが好ましい。通常は1分子層毎にOを供給するが、C量除去のために、基板表面にO処理を実施することが好ましい。 In the present embodiment, the O 3 treatment can be changed as appropriate, but the O 3 treatment is preferably performed before forming the surface treatment film. Usually, O 3 is supplied for each molecular layer, but it is preferable to perform O 3 treatment on the substrate surface in order to remove the C amount.

次に、ノズル孔6を形成したノズル基板300に対して、上記と同様に表面処理膜を形成する。なお、この工程は上記の工程の前に行ってもよい。
そして、上記工程で得られたアクチュエータ基板100と接合させる。接合方法は、公知の方法により行うことができる。本実施形態では接着剤を用いて行う。
Next, a surface treatment film is formed on the nozzle substrate 300 in which the nozzle holes 6 are formed in the same manner as described above. Note that this step may be performed before the above step.
Then, it is bonded to the actuator substrate 100 obtained in the above step. The joining method can be performed by a known method. In this embodiment, this is performed using an adhesive.

表面処理膜は、流路形成部材における液体の流路、すなわち液体に触れ得る箇所に形成されていればよく、耐液性が確保される範囲内で適宜変更することができる。例えば、サブフレーム基板200の貫通孔部60や個別貫通孔部61表面、アクチュエータ基板100の共通液滴流路9、共通液室8、流体抵抗部7、加圧液室5、及びノズル基板300の両面、ノズル孔6の表面等が挙げられる。   The surface treatment film may be formed in a liquid flow path in the flow path forming member, that is, at a location where the liquid can be in contact with the liquid, and can be appropriately changed as long as the liquid resistance is ensured. For example, the surface of the through-hole portion 60 or the individual through-hole portion 61 of the sub-frame substrate 200, the common droplet flow path 9, the common liquid chamber 8, the fluid resistance section 7, the pressurized liquid chamber 5, and the nozzle substrate 300 of the actuator substrate 100 , The surface of the nozzle hole 6, and the like.

図4(A)に、図2におけるA領域の拡大模式図を示す。図4(A)は、サブフレーム基板200の貫通孔部60における液体と接する部分に表面処理膜52が形成されていることを示している。   FIG. 4A is an enlarged schematic diagram of the region A in FIG. FIG. 4A shows that a surface treatment film 52 is formed in a portion of the sub-frame substrate 200 in contact with the liquid in the through hole 60.

図2における領域Bの拡大模式図を図4(B)に示す。図4(B)は、アクチュエータ基板100の表面及びノズル基板300の表面に表面処理膜52が形成され、両基板は接着剤610を介して接合されている。   FIG. 4B is an enlarged schematic diagram of a region B in FIG. In FIG. 4B, a surface treatment film 52 is formed on the surface of the actuator substrate 100 and the surface of the nozzle substrate 300, and the two substrates are joined via an adhesive 610.

本実施形態の流路形成部材の一つであるノズル基板300においても、液体と接する領域に表面処理膜52が形成されている。本実施形態では、ノズル基板300における吐出面(アクチュエータ基板100とは反対側の面)にも表面処理膜52を形成しているが、これに限られるものではない。   Also in the nozzle substrate 300 which is one of the flow path forming members of the present embodiment, the surface treatment film 52 is formed in a region in contact with the liquid. In the present embodiment, the surface treatment film 52 is also formed on the ejection surface (the surface opposite to the actuator substrate 100) of the nozzle substrate 300, but the present invention is not limited to this.

アクチュエータ基板及びノズル基板はSiからなることが好ましい。この場合、同一材料での構成となるため、応力の影響が小さくなり、ノズル接合後の剥がれ防止に対してより効果が期待できる。   The actuator substrate and the nozzle substrate are preferably made of Si. In this case, since the structure is made of the same material, the influence of stress is reduced, and the effect of preventing peeling after nozzle bonding can be expected.

本実施形態によれば、表面処理膜を成膜する流路形成部材の表面と表面処理膜の密着性、表面処理膜と接着剤、あるいは撥水層などの密着性を向上させることができ、これを適用した液体吐出ヘッドの品質、信頼性を向上させることができる。   According to the present embodiment, it is possible to improve the adhesion between the surface of the flow path forming member for forming the surface treatment film and the surface treatment film, the adhesion between the surface treatment film and the adhesive, or the water-repellent layer, The quality and reliability of the liquid ejection head to which this is applied can be improved.

(液体吐出ユニット)
次に、本発明の液体吐出ユニットについて、図9〜図11を用いて説明する。
このキャリッジ403には、本発明に係る液体吐出ヘッド404及びヘッドタンク441を一体にした液体吐出ユニット440を搭載している。液体吐出ユニット440の液体吐出ヘッド404は、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド404は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
(Liquid discharge unit)
Next, the liquid ejection unit of the present invention will be described with reference to FIGS.
On the carriage 403, a liquid discharge unit 440 in which the liquid discharge head 404 and the head tank 441 according to the present invention are integrated is mounted. The liquid discharge head 404 of the liquid discharge unit 440 discharges, for example, liquid of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K). The liquid ejection head 404 has a nozzle row composed of a plurality of nozzles arranged in a sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, and is mounted with the ejection direction facing downward.

また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ(積層型圧電素子を使用するものでもよい。)以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。   Further, the "liquid ejection head" is not limited to the pressure generating means used. For example, in addition to the piezoelectric actuator described in the above embodiment (a stacked piezoelectric element may be used), a thermal actuator using an electrothermal conversion element such as a heating resistor, a diaphragm and a counter electrode are provided. An actuator using an electrostatic actuator or the like may be used.

また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。   Further, image forming, recording, printing, printing, printing, molding, and the like in the terms of the present application are all synonyms.

「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。   The “liquid discharge unit” is a unit in which functional components and mechanisms are integrated with a liquid discharge head, and is an assembly of components related to liquid discharge. For example, the “liquid ejection unit” includes a combination of at least one of a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance and recovery mechanism, and a main scanning movement mechanism with a liquid ejection head.

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。   Here, the term “integration” means, for example, a case where the liquid ejection head and the functional component or mechanism are fixed to each other by fastening, bonding, engagement, or the like, or a case where one is movably held with respect to the other. Including. Further, the liquid ejection head, the functional component, and the mechanism may be configured to be detachable from each other.

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。一例を図9に示す。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。   For example, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head and a head tank are integrated. An example is shown in FIG. In some cases, the liquid ejection head and the head tank are integrated with each other by a tube or the like. Here, a unit including a filter can be added between the head tank and the liquid discharge head of these liquid discharge units.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。   There is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head and a carriage are integrated.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。一例を図10に示す。   Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge head in which a liquid ejection head is movably held by a guide member constituting a part of a scanning movement mechanism, and the liquid ejection head and the scanning movement mechanism are integrated. In some cases, a liquid discharge head, a carriage, and a main scanning moving mechanism are integrated. An example is shown in FIG.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。   Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge head in which a cap member which is a part of a maintenance / recovery mechanism is fixed to a carriage to which a liquid discharge head is attached, and the liquid discharge head, the carriage, and the maintenance / recovery mechanism are integrated. .

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。一例を図11に示す。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。   Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge head in which a tube is connected to a liquid discharge head to which a head tank or a flow path component is attached, and a liquid discharge head and a supply mechanism are integrated. An example is shown in FIG. The liquid in the liquid storage source is supplied to the liquid ejection head via this tube.

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。   The main scanning movement mechanism includes a guide member alone. The supply mechanism also includes a tube unit and a loading unit alone.

また、液体吐出ユニットの一例として、本発明の液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドに液体を供給するインクタンクとを一体化した液体カートリッジが挙げられる。本実施形態によれば、耐久性、信頼性に優れ、高品位な液体カートリッジが得られる。   Further, as an example of the liquid discharge unit, there is a liquid cartridge in which the liquid discharge head of the present invention and an ink tank that supplies liquid to the liquid discharge head are integrated. According to the present embodiment, a high-quality liquid cartridge excellent in durability and reliability can be obtained.

カートリッジの一例を図12に示す。このインクカートリッジ80は、ノズル81等を有する液体吐出ヘッド1と、この液体吐出ヘッド1に対してインクを供給するインクタンク82とを一体化したものである。このようにインクタンク82が一体型の液体吐出ヘッド1の場合、アクチュエータ部を高精度化、高密度化、及び高信頼化することで、インクカートリッジ80の歩留や信頼性を向上することができ、インクカートリッジ80の低コスト化を図ることができる。   FIG. 12 shows an example of the cartridge. The ink cartridge 80 integrates a liquid ejection head 1 having nozzles 81 and the like, and an ink tank 82 that supplies ink to the liquid ejection head 1. As described above, when the ink tank 82 is an integrated liquid ejection head 1, the yield and reliability of the ink cartridge 80 can be improved by increasing the accuracy, density, and reliability of the actuator unit. As a result, the cost of the ink cartridge 80 can be reduced.

(液体を吐出する装置)
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
(Device for ejecting liquid)
In the present application, a “device that discharges liquid” is a device that includes a liquid discharge head or a liquid discharge unit and drives the liquid discharge head to discharge liquid. The device that discharges a liquid includes not only a device that can discharge a liquid to which a liquid can be attached, but also a device that discharges a liquid into the air or into the liquid.

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。   The “device for discharging liquid” may include a unit for feeding, transporting, and discharging paper to which liquid can be attached, as well as a pre-processing device and a post-processing device.

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。   For example, as a "device for ejecting liquid", an image forming apparatus that ejects ink to form an image on paper, and a powder is formed in layers to form a three-dimensional object (three-dimensional object) There is a three-dimensional modeling device (three-dimensional modeling device) that discharges a modeling liquid to the formed powder layer.

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。   Further, the “device for discharging liquid” is not limited to a device in which a significant image such as a character or a graphic is visualized by the discharged liquid. For example, those that form a pattern or the like that has no meaning in itself, and those that form a three-dimensional image are also included.

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。   The above-mentioned "thing to which a liquid can be attached" means a thing to which a liquid can be attached at least temporarily, such as a thing which adheres and adheres, a thing which adheres and penetrates, and the like. Specific examples include recording media such as paper, recording paper, recording paper, film, and cloth; electronic components such as electronic substrates and piezoelectric elements; powder layers (powder layers); organ models; and media such as inspection cells. Yes, unless otherwise specified, includes everything to which a liquid adheres.

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。   The material of the above-mentioned "thing to which the liquid can be attached" may be paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, etc. as long as the liquid can be attached even temporarily.

また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が30mPa・s以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、DNA、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、3次元造形用材料液等の用途で用いることができる。   The “liquid” is not particularly limited as long as it has a viscosity and a surface tension that can be ejected from the head, but is not particularly limited at normal temperature and normal pressure, or a material whose viscosity becomes 30 mPa · s or less by heating and cooling. Preferably, there is. More specifically, solvents such as water and organic solvents, coloring agents such as dyes and pigments, polymerizable compounds, resins, functional imparting materials such as surfactants, and biocompatible materials such as DNA, amino acids, proteins, and calcium. , Edible materials such as natural pigments, and the like, solutions, suspensions, emulsions, and the like. These include, for example, ink-jet inks, surface treatment liquids, components of electronic elements and light-emitting elements, and formation of resist patterns for electronic circuits. Liquid, three-dimensional modeling material liquid, and the like.

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。   In addition, the “device that discharges liquid” includes a device in which a liquid discharge head and a device to which liquid can be attached relatively move, but is not limited thereto. Specific examples include a serial device that moves the liquid ejection head, a line device that does not move the liquid ejection head, and the like.

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。   Other examples of the “liquid discharging device” include a processing liquid coating device that discharges a processing liquid onto a paper in order to apply the processing liquid to the surface of the paper for the purpose of modifying the surface of the paper, and a raw material. There is an injection granulation apparatus that granulates the fine particles of the raw material by spraying a liquid composition dispersed in a solution through a nozzle.

次に、本発明に係る液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを有する液体を吐出する装置の一例について図13及び図14のインクジェット記録装置を参照して説明する。なお、図13は同記録装置の斜視説明図、図14は同記録装置の機構部の側面説明図である。   Next, an example of an apparatus for ejecting liquid having a liquid ejection head or a liquid ejection unit according to the present invention will be described with reference to the ink jet recording apparatus of FIGS. FIG. 13 is a perspective view of the recording apparatus, and FIG. 14 is a side view of a mechanism of the recording apparatus.

このインクジェット記録装置90は、装置本体の内部に走査方向に移動可能なキャリッジ98とキャリッジ98に搭載した液体吐出ヘッド1及び液体吐出ヘッド1へインクを供給するインクカートリッジ99等で構成される印字機構部91等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙92を積載可能な給紙カセット(あるいは給紙トレイでもよい)93を抜き差し自在に装着されている。また、用紙92を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ94を有し、給紙カセット93あるいは手差しトレイ94から給送される用紙92を取り込み、印字機構部91によって所要の画像を記録した後、後面側の装着された排紙トレイ95に排紙する。   The ink jet recording apparatus 90 includes a carriage 98 movable in the scanning direction inside the apparatus main body, a liquid ejection head 1 mounted on the carriage 98, an ink cartridge 99 for supplying ink to the liquid ejection head 1, and the like. In the lower part of the apparatus main body, a sheet cassette (or a sheet tray) 93 capable of loading a large number of sheets 92 is detachably mounted from the front side. In addition, the printer has a manual feed tray 94 that is opened to manually feed the paper 92, takes in the paper 92 fed from the paper feed cassette 93 or the manual feed tray 94, and records a required image by the printing mechanism unit 91. Thereafter, the paper is discharged to the paper discharge tray 95 mounted on the rear side.

印字機構部91は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド96と従ガイドロッド97とキャリッジ98を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ98には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンダ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッド1を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ98には液体吐出ヘッド1に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ99を交換可能に装着している。   The printing mechanism unit 91 slidably holds a main guide rod 96, a sub guide rod 97, and a carriage 98, which are guide members laid horizontally on left and right side plates (not shown), in the main scanning direction. A liquid ejection head 1 for ejecting ink droplets of each color of (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) has a plurality of ink ejection ports (nozzles) arranged in a direction intersecting the main scanning direction. , With the ink droplet ejection direction facing downward. In addition, the ink cartridges 99 for supplying each color ink to the liquid ejection head 1 are exchangeably mounted on the carriage 98.

インクカートリッジ99は、上方に大気と連通する大気口、下方には液体吐出ヘッド1へインクを供給する供給口が設けられ、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液体吐出ヘッド1へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液体吐出ヘッド1としては各色の液体吐出ヘッド1を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個の液出ヘッドでもよい。   The ink cartridge 99 is provided with an air port that communicates with the atmosphere above, a supply port that supplies ink to the liquid ejection head 1 below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the liquid ejection head 1 is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the material. Further, although the liquid discharge heads 1 of each color are used as the liquid discharge head 1, a single liquid discharge head having nozzles for discharging ink droplets of each color may be used.

ここで、キャリッジ98は後方側(用紙搬送下流側)を主ガイドロッド96に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送上流側)を従ガイドロッド97に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ98を主走査方向に移動走査するため、主走査モーター101で回転駆動される駆動プーリ102と従動プーリ103との間にタイミングベルト104を張装し、このタイミングベルト104をキャリッジ98に固定しており、主走査モーター101の正逆回転によりキャリッジ98が往復駆動される。   Here, the carriage 98 is slidably fitted to the main guide rod 96 on the rear side (downstream side of the paper conveyance), and slidably mounted on the front guide rod 97 on the front side (upstream side of the paper conveyance). I have. In order to move and scan the carriage 98 in the main scanning direction, a timing belt 104 is stretched between a driving pulley 102 and a driven pulley 103 which are driven to rotate by a main scanning motor 101, and the timing belt 104 is mounted on the carriage 98. , And the carriage 98 is reciprocated by the forward and reverse rotation of the main scanning motor 101.

一方、給紙カセット93にセットした用紙92を液体吐出ヘッド1に下方側に搬送するために、給紙カセット93から用紙92を分離給装する給紙ローラー105及びフリクションパッド106と、用紙92を案内するガイド部材107と、給紙された用紙92を反転させて搬送する搬送ローラー108と、この搬送ローラー108の周面に押し付けられる搬送コロ109及び搬送ローラー108からの用紙92の送り出し角度を規定する先端コロ110とを有する。搬送ローラー108は副走査モーターによってギア列を介して回転駆動される。   On the other hand, in order to transport the sheet 92 set in the sheet cassette 93 downward to the liquid ejection head 1, the sheet 92 is separated from the sheet supply roller 105 and the friction pad 106 for feeding the sheet 92 from the sheet cassette 93. A guide member 107 for guiding, a transport roller 108 for transporting the fed paper 92 in reverse, and a transport roller 109 pressed against the peripheral surface of the transport roller 108 and a feed angle of the paper 92 from the transport roller 108 are defined. And a leading end roller 110 that is formed. The transport roller 108 is driven to rotate by a sub-scanning motor via a gear train.

そして、キャリッジ98の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラー108から送り出された用紙92を液体吐出ヘッド1の下方側で案内するため用紙ガイド部材である印写受け部材111を設けている。この印写受け部材111の用紙搬送方向下流側には、用紙92を排紙方向へ送り出すための回転駆動される搬送コロ112と拍車113を設け、さらに用紙92を排紙トレイ95に送り出す排紙ローラー114と拍車115と排紙経路を形成するガイド部材116、117とを配設している。   An image receiving member 111 is provided as a paper guide member for guiding the paper 92 sent from the transport roller 108 below the liquid ejection head 1 in accordance with the movement range of the carriage 98 in the main scanning direction. . On the downstream side of the printing receiving member 111 in the sheet conveying direction, there are provided a conveying roller 112 and a spur 113 which are driven to rotate to send the sheet 92 in the sheet discharging direction. A roller 114, a spur 115, and guide members 116 and 117 forming a paper discharge path are provided.

このインクジェット記録装置90で記録時には、キャリッジ98を移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド1を駆動することにより、停止している用紙92にインクを吐出して1行分を記録し、その後、用紙92を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙92の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙92を排紙する。   At the time of recording by the inkjet recording apparatus 90, the liquid ejection head 1 is driven in accordance with an image signal while moving the carriage 98, thereby ejecting ink to the stopped paper 92 to record one line, and thereafter, After the paper 92 has been conveyed by a predetermined amount, the next line is recorded. Upon receiving a recording end signal or a signal indicating that the rear end of the sheet 92 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 92 is discharged.

また、キャリッジ98の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液体吐出ヘッド1の吐出不良を回復するための回復装置127を配置している。回復装置127はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ98は印字待機中にはこの回復装置127側に移動されてキャッピン手段で液体吐出ヘッド1をキャッピングして吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係ないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出状態を維持する。   A recovery device 127 for recovering a discharge failure of the liquid discharge head 1 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the moving direction of the carriage 98. The recovery device 127 has cap means, suction means, and cleaning means. The carriage 98 is moved to the recovery device 127 side during printing standby, capping the liquid discharge head 1 by capping means and keeping the discharge port in a wet state, thereby preventing discharge failure due to ink drying. In addition, by discharging ink that is not related to printing during printing or the like, the ink viscosities of all the discharge ports are kept constant, and a stable discharge state is maintained.

また、吐出不良が発生した場合等には、キャピング手段で液体吐出ヘッド1の吐出出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともの気泡等を吸出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   Further, in the case of a discharge failure, for example, the discharge outlet (nozzle) of the liquid discharge head 1 is sealed by the capping means, and bubbles and the like with ink are sucked out of the discharge port by the suction means through the tube. The attached ink, dust, and the like are removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. The sucked ink is discharged to a waste ink reservoir provided at a lower portion of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

このように、このインクジェット記録装置90においては本発明で製造された液体吐出ヘッド1を搭載しているので、安定したインク吐出特性が得られ、画像品質が向上する。   As described above, since the ink jet recording apparatus 90 is equipped with the liquid ejection head 1 manufactured according to the present invention, stable ink ejection characteristics are obtained and image quality is improved.

上記の説明ではインクジェット記録装置90に液体吐出ヘッド1を使用した場合について説明したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する装置に液体吐出ヘッド1を適用してもよい。   In the above description, the case where the liquid ejection head 1 is used in the inkjet recording apparatus 90 has been described. However, the liquid ejection head 1 may be applied to an apparatus that ejects droplets other than ink, for example, a liquid resist for patterning. .

以下、実施例及び比較例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
図1〜図3に示されるSiからなるアクチュエータ基板100に振動板3、圧電体素子2を形成し、更に層間絶縁膜45、接続孔30、配線パターン42、引き出し配線40、引き出し配線パッド41を形成した。
次いで、Siからなるサブフレーム基板に対して、リソエッチ法により貫通孔部60、空隙部67を形成し、サブフレーム基板200とアクチュエータ基板100とを接合した。次いで、アクチュエータ基板100に対して、ICPエッチャーを用い、CFガスを用いてドライエッチングで加工し、加圧液室5を形成した。
(Example 1)
The vibration plate 3 and the piezoelectric element 2 are formed on the actuator substrate 100 made of Si shown in FIGS. 1 to 3, and the interlayer insulating film 45, the connection hole 30, the wiring pattern 42, the lead wiring 40, and the lead wiring pad 41 are further formed. Formed.
Next, through-holes 60 and voids 67 were formed on the subframe substrate made of Si by a lithoetch method, and the subframe substrate 200 and the actuator substrate 100 were joined. Next, the pressurized liquid chamber 5 was formed on the actuator substrate 100 by performing dry etching using an ICP etcher and using CF 4 gas.

次に、ICPエッチャー内でOプラズマ処理(50W、5分間)を行い、液体の流路となる箇所を自然酸化させた。 Next, O 2 plasma treatment (50 W, 5 minutes) was performed in the ICP etcher, and a portion serving as a liquid flow path was naturally oxidized.

次に、表面処理膜をALD法により形成する。ALD法による膜が形成されないようにする箇所にはサポートテープを貼り付けた。この状態でALDチャンバーに入れ、1層目のSiO膜を膜厚0.1nmで形成した。次いで、SiO膜を成膜するステップの次にTa膜を成膜するステップを行った。SiとTaの比率が表面処理膜の膜厚方向で徐々に変化するようにステップの回数を変えることにより調整した。表面処理膜におけるSiO比率及びその膜厚、Ta比率及びその膜厚並びに表面処理膜の膜厚は下記表1のようにした。また、SiO及びTaの比率の変化は図8の傾斜パターン1のようにした。
また、ALD処理中にALD装置内でO処理を5分間行った。O処理は表面処理膜を成膜する前に行い、基板表面にO処理を実施した。
Next, a surface treatment film is formed by the ALD method. A support tape was attached to a portion where a film was not formed by the ALD method. In this state, the substrate was put into an ALD chamber, and a first SiO 2 film was formed with a thickness of 0.1 nm. Next, a step of forming a Ta 2 O 5 film was performed after the step of forming the SiO 2 film. The adjustment was performed by changing the number of steps so that the ratio of Si and Ta gradually changed in the thickness direction of the surface treatment film. The SiO 2 ratio and the thickness thereof, the Ta 2 O 5 ratio and the thickness thereof, and the thickness of the surface treatment film in the surface treatment film were as shown in Table 1 below. Further, the change in the ratio of SiO 2 and Ta 2 O 5 was as shown in the inclined pattern 1 in FIG.
During the ALD processing, O 3 processing was performed in the ALD apparatus for 5 minutes. O 3 treatment is performed before forming the surface treatment film, it was carried out O 3 treatment on the substrate surface.

表面処理膜を形成した後、表面処理膜の断面観察をTEMで実施し、各層の測長を実施した。またこのときにEDX分析を行い、組成に関して定量化を行った。また、XPS分析を行ったところ、TaSiOxとして観測され、Ta−Siの結合状態で得られた膜であった。   After forming the surface treatment film, the cross section of the surface treatment film was observed with a TEM, and the length of each layer was measured. At this time, EDX analysis was performed to quantify the composition. In addition, XPS analysis revealed that the film was observed as TaSiOx and was obtained in a Ta-Si bonded state.

次に、ノズル孔6を形成したノズル基板300に対して、上記と同様の作製条件で表面処理膜を形成した。次いで、上記工程で得られたアクチュエータ基板100と接着剤を用いて接合した。このようにして本実施例の液体吐出ヘッドを作製した。   Next, a surface treatment film was formed on the nozzle substrate 300 in which the nozzle holes 6 were formed under the same manufacturing conditions as described above. Next, it was joined to the actuator substrate 100 obtained in the above step using an adhesive. Thus, the liquid ejection head of this example was manufactured.

(実施例2〜6、比較例1〜4)
実施例1において、下記表1に示す通りに変更した以外は実施例1と同様とした。
(Examples 2 to 6, Comparative Examples 1 to 4)
Example 1 was the same as Example 1 except for the changes as shown in Table 1 below.

(評価)
<スクラッチ強度>
スクラッチ強度については、表面処理膜の密着力評価となり、レスカ社製scratch試験装置(CSR−5000)を用いた。評価するときの圧子状態によっても密着力が異なるため、今回の評価では球形圧子を用いて、スタイラス径は15μmを用いて実施している。50mN以上が好ましく、70mN以上がより好ましい。
(Evaluation)
<Scratch strength>
Regarding the scratch strength, the adhesive strength of the surface treatment film was evaluated, and a scratch tester (CSR-5000) manufactured by Resca Corporation was used. Since the adhesion varies depending on the state of the indenter at the time of evaluation, the evaluation was performed using a spherical indenter and a stylus diameter of 15 μm. It is preferably at least 50 mN, more preferably at least 70 mN.

<インク浸漬試験>
インク浸漬試験においては、アルカリ性インクに長時間(7日間)浸漬し、前後での外観状況から判断している。
[評価基準]
○:外観状況の変化なし
×:外観状況の変化あり
<Ink immersion test>
In the ink immersion test, the ink was immersed in alkaline ink for a long time (7 days), and the appearance was determined before and after.
[Evaluation criteria]
○: No change in appearance condition ×: Change in appearance condition

<信頼性試験>
信頼性試験については、図13及び図14に示すインクジェット記録装置を用い、HCT(ヒートサイクルテスト)を実施し、−70℃〜30℃の温度サイクル(9サイクル)を行った。試験後に吐出評価を実施し、不具合有無について確認している。
[評価基準]
OK:吐出不良の不具合なし
NG:吐出不良の不具合あり
<Reliability test>
For the reliability test, HCT (heat cycle test) was performed using the ink jet recording apparatus shown in FIGS. 13 and 14, and a temperature cycle (9 cycles) of −70 ° C. to 30 ° C. was performed. After the test, a discharge evaluation was performed to check for any defects.
[Evaluation criteria]
OK: No defective discharge failure NG: Defect defective discharge

表1に、各実施例、比較例の作製条件、測定値、評価結果を示す。なお、表1中、「%」とあるのは「atomic%」を意味する。また、「ノズル部側」とあるのは流路側を意味する。   Table 1 shows manufacturing conditions, measured values, and evaluation results of each of the examples and the comparative examples. In Table 1, “%” means “atomic%”. Further, “the nozzle portion side” means the channel side.

実施例1から6を見ると、流路形成部材側のSiO比率が高く、流路側のTa比率が高いと密着力とインク浸漬の両面で優れたものとなっており、その後の信頼性試験でも良好な結果が得られている。
一方、比較例1、3ではスクラッチ試験は比較的良好だが、インク浸漬で不具合が発生し、その後の信頼性試験でもNGが発生している。比較例2、4ではスクラッチ試験での膜密着力が不十分で、その後の信頼性試験でもNGが発生している。
As can be seen from Examples 1 to 6, when the SiO 2 ratio on the flow path forming member side is high and the Ta 2 O 5 ratio on the flow path side is high, both adhesion and ink immersion are excellent. Good results have been obtained in reliability tests.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 3, the scratch test was relatively good, but a defect occurred in ink immersion, and NG occurred in the subsequent reliability test. In Comparative Examples 2 and 4, the film adhesion in the scratch test was insufficient, and NG also occurred in the subsequent reliability test.

また、EDX分析により界面の不純物(C量、F量)の定量化したところ、比較例2、4で5atomic%を超えていた。界面の不純物が低減されているほどスクラッチ強度が高くなっている傾向があり、界面不純物が5atomic%を超えると強度は20mNを下回り、その後の信頼性試験にてNG(表面処理膜の剥がれ原因)が発生している。   In addition, when the impurities (C content and F content) at the interface were quantified by EDX analysis, the results exceeded 5 atomic% in Comparative Examples 2 and 4. As the impurities at the interface are reduced, the scratch strength tends to be higher. When the interface impurities exceed 5 atomic%, the strength is lower than 20 mN, and NG (the cause of peeling of the surface treatment film) in a reliability test thereafter. Has occurred.

1 液体吐出ヘッド
2 圧電体素子
3 振動板
4 加圧液室隔壁
5 加圧液室
6 ノズル孔
7 流体抵抗部
8 個別液滴供給孔
9 共通液滴流路
10 共通電極
11 個別電極
12 圧電体
30 接続孔
40 引き出し配線
41 引き出し配線パッド
42 配線パターン
45 層間絶縁膜
50 パッシベーション膜
52 表面処理膜
60 貫通孔部
61 個別貫通部
66 液滴供給口
67 空隙部
100 アクチュエータ基板
200 サブフレーム基板
300 ノズル基板
401 ガイド部材
403 キャリッジ
404 液体吐出ヘッド
405 主走査モータ
406 駆動プーリ
407 従動プーリ
408 タイミングベルト
412 搬送ベルト
413 搬送ローラ
414 テンションローラ
440 液体吐出ユニット
441 ヘッドタンク
442 カバー
443 コネクタ
444 流路部品
456 チューブ
491A、491B 側板
491C 背板
493 主走査移動機構
610 接着剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid discharge head 2 Piezoelectric element 3 Vibration plate 4 Pressurized liquid chamber partition 5 Pressurized liquid chamber 6 Nozzle hole 7 Fluid resistance part 8 Individual droplet supply hole 9 Common droplet flow path 10 Common electrode 11 Individual electrode 12 Piezoelectric REFERENCE SIGNS LIST 30 connection hole 40 lead-out wiring 41 lead-out wiring pad 42 wiring pattern 45 interlayer insulating film 50 passivation film 52 surface treatment film 60 through-hole 61 individual through-hole 66 droplet supply port 67 void 100 actuator substrate 200 sub-frame substrate 300 nozzle substrate 401 guide member 403 carriage 404 liquid discharge head 405 main scanning motor 406 drive pulley 407 driven pulley 408 timing belt 412 transport belt 413 transport roller 414 tension roller 440 liquid discharge unit 441 head tank 442 cover 443 connector 444 flow Parts 456 tubes 491A, 491B plate 491C backplate 493 main scan movement mechanism 610 adhesive

特許第6194767号公報Japanese Patent No. 6194767 特開2012−91381号公報JP 2012-91381 A 特開2004−98310号公報JP 2004-98310 A

Claims (12)

液体の流路を形成する流路形成部材を有する液体吐出ヘッドであって、
前記流路形成部材は、前記液体の流路において表面に表面処理膜が形成され、
前記表面処理膜は、Siの酸化物と、第4族及び第5族から選ばれる遷移金属の酸化物とを含み、前記流路形成部材側では前記Siの含有量が前記遷移金属の含有量よりも原子数比(atomic%)で多く、前記流路形成部材と反対側では前記遷移金属の含有量が前記Siの含有量よりも原子数比で多いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
A liquid ejection head having a flow path forming member that forms a liquid flow path,
In the flow path forming member, a surface treatment film is formed on a surface of the liquid flow path,
The surface treatment film includes an oxide of Si and an oxide of a transition metal selected from Group 4 and Group 5, and the content of Si on the flow path forming member side is the content of the transition metal. A liquid ejection head characterized in that the transition metal content is higher in atomic ratio than the Si content on the side opposite to the flow path forming member.
前記Siと前記遷移金属の比率が前記表面処理膜の膜厚方向で単調に変化し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。   2. The liquid discharge head according to claim 1, wherein a ratio of the Si and the transition metal monotonously changes in a thickness direction of the surface treatment film. 前記Siと前記遷移金属の比率が前記表面処理膜の膜厚方向で徐々に変化していることを特徴とする請求項1に液体吐出ヘッド。   2. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the ratio of the Si and the transition metal gradually changes in a thickness direction of the surface treatment film. 前記遷移金属は、Hf、Ta及びZrから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to any one of claims 1 to 3, wherein the transition metal is at least one selected from Hf, Ta, and Zr. 前記表面処理膜は、前記流路形成部材側では前記Siが80atomic%以上となる領域が1nm以上20nm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。   5. The liquid discharge head according to claim 1, wherein in the surface treatment film, a region where the amount of Si is 80 atomic% or more is 1 nm or more and 20 nm or less on the flow path forming member side. 前記表面処理膜は、前記流路形成部材と反対側では前記遷移金属が50atomic%以上となる領域が1nm以上20nm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge according to any one of claims 1 to 5, wherein, in the surface treatment film, a region where the transition metal is 50 atomic% or more is 1 nm or more and 20 nm or less on a side opposite to the flow path forming member. head. 前記表面処理膜の膜厚は、30nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。   7. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the thickness of the surface treatment film is 30 nm or more and 100 nm or less. 前記流路形成部材は、液体吐出エネルギー発生手段を備えるアクチュエータ基板と、該アクチュエータ基板と接合され、ノズルが形成されたノズル基板と、を有し、
前記アクチュエータ基板及び前記ノズル基板はSiからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
The flow path forming member has an actuator substrate including a liquid discharge energy generating unit, and a nozzle substrate formed with a nozzle, which is joined to the actuator substrate,
The liquid ejection head according to claim 1, wherein the actuator substrate and the nozzle substrate are made of Si.
前記表面処理膜は、Ta−Siの結合状態を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。   9. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the surface treatment film has a Ta-Si bonding state. 請求項1〜9のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出ユニット。   A liquid discharge unit comprising the liquid discharge head according to claim 1. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする請求項10に記載の液体吐出ユニット。   A head tank for storing liquid to be supplied to the liquid discharge head, a carriage on which the liquid discharge head is mounted, a supply mechanism for supplying liquid to the liquid discharge head, a maintenance and recovery mechanism for maintaining and recovering the liquid discharge head, and the liquid The liquid ejection unit according to claim 10, wherein at least one of a main scanning movement mechanism that moves the ejection head in the main scanning direction and the liquid ejection head are integrated. 請求項1〜9のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項10若しくは11に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。   An apparatus for discharging a liquid, comprising: the liquid discharge head according to claim 1; or a liquid discharge unit according to claim 10.
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