JP2021192965A - Recording head and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録ヘッドおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a recording head and a method for manufacturing the same.
インクジェット記録装置などの液体記録装置には、インクジェット記録ヘッド(以下、単に「記録ヘッド」とも呼ぶ)が用いられている。液体記録装置の記録ヘッドにはシリコンデバイスが多く利用されており、その製造に当たっては、高密度化、高精度化、コスト削減やタクトアップなどの要望を満たすために、マイクロマシニング技術である微細加工技術が用いられている。かかる微細加工技術には、数ミクロンから数十ミクロンの膜厚に塗られた感光性レジストを高精度な露光装置と現像プロセスを使いパターニングする、フォトリソグラフィー技術も含まれる。 An inkjet recording head (hereinafter, also simply referred to as a “recording head”) is used in a liquid recording device such as an inkjet recording device. Silicon devices are often used for the recording heads of liquid recording devices, and in their manufacture, microfabrication, which is a micromachining technology, is used to meet the demands for high density, high accuracy, cost reduction, and tact-up. Technology is used. Such microfabrication technology also includes photolithography technology for patterning a photosensitive resist coated with a film thickness of several microns to several tens of microns using a high-precision exposure device and a developing process.
ここで、液体記録装置の記録ヘッドを使用する際に、液体(インク等)中にゴミ等の異物が混入する場合がある。ここで、記録ヘッドは、液体供給口となる大きな開口部が開いたシリコン基板上に、液体吐出口や液体流路を形成する樹脂層が積層された構成が知られている。このような記録ヘッドにおいて、液体に異物が混入すると、シリコン基板の開口部を簡単に通過して、その先の液体流路や液体吐出口に到達する。その結果、流路に異物が詰まって液体の流れが阻害され、不吐やヨレを引き起こす可能性がある。一般的に記録ヘッドは、上記のシリコン基板や樹脂層に加え、外部からの液体供給系や、基板を保持するための支持部材など、複数の異種材料が組み合わされて構成されており、かかる異種材料の接合による異物混入の可能性がある。 Here, when using the recording head of the liquid recording device, foreign matter such as dust may be mixed in the liquid (ink or the like). Here, the recording head is known to have a structure in which a resin layer forming a liquid discharge port and a liquid flow path is laminated on a silicon substrate having a large opening serving as a liquid supply port. In such a recording head, when a foreign substance is mixed in the liquid, it easily passes through the opening of the silicon substrate and reaches the liquid flow path or the liquid discharge port beyond the opening. As a result, foreign matter is clogged in the flow path and the flow of the liquid is obstructed, which may cause spitting or twisting. Generally, a recording head is configured by combining a plurality of different materials such as a liquid supply system from the outside and a support member for holding the substrate in addition to the above-mentioned silicon substrate and resin layer. Foreign matter may be mixed in by joining the materials.
そこで特許文献1では、液体供給口と液体流路の間にフィルター層を設けることで液体から異物を捕集する技術を開示している。特許文献1ではさらに、異物捕集時のフィルターの目詰まりを防止することで、ゴミ捕集後も液体の流量が低下せず安定した吐出を可能とする技術が開示されている。
Therefore,
特許文献1に記載の構成では、記録ヘッドに設けられたフィルター層が、吐出口径以下の開口径を有する貫通孔と、液体中のゴミを捕集するためのゴミ捕集用突起体とを備えていることにより、安定して液体を吐出可能となっている。しかし、貫通孔と突起体が一つのフィルター層に形成されているため、フィルターを保持している基板やチップが熱収縮や材料応力などによって伸縮や変形等の形状変化を起こすと、それに伴いフィルターの開口が変化して異物捕集効率が低下するおそれがある。
In the configuration described in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体記録装置の記録ヘッドの構成部材に形状変化が生じたとしても、記録ヘッドのフィルターによる異物捕集の効率を保つための技術を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to maintain the efficiency of foreign matter collection by the filter of the recording head even if the shape of the components of the recording head of the liquid recording device is changed. To provide technology.
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
液体を吐出する液体吐出口と、
前記液体吐出口に前記液体を供給する液体供給口と、
前記液体供給口と前記液体吐出口の間の液体流路に設けられた、複数の開口が平面状に配置されたフィルター層と、
を備える記録ヘッドであって、
前記フィルター層の少なくとも一部が分断されている
ことを特徴とする記録ヘッドである。
The present invention adopts the following configuration. That is,
A liquid discharge port that discharges liquid and
A liquid supply port that supplies the liquid to the liquid discharge port,
A filter layer having a plurality of openings arranged in a plane, provided in a liquid flow path between the liquid supply port and the liquid discharge port,
It is a recording head equipped with
The recording head is characterized in that at least a part of the filter layer is divided.
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
液体を吐出する液体吐出口と、
前記液体吐出口に前記液体を供給する液体供給口と、
前記液体供給口と前記液体吐出口の間の液体流路に配置された、複数の開口を有するフィルター層と、
を備える記録ヘッドであって、
前記フィルター層が前記液体流路に設けられたときに前記液体吐出口から遠い領域を第1の領域とし、前記液体吐出口に近い領域を第2の領域とすると、前記フィルター層に力が加えられたときの前記第1の領域における前記開口の形状変化の程度は、前記第2の領域における前記開口の形状変化の程度よりも小さい
ことを特徴とする記録ヘッドである。
The present invention also employs the following configuration. That is,
A liquid discharge port that discharges liquid and
A liquid supply port that supplies the liquid to the liquid discharge port,
A filter layer having a plurality of openings arranged in a liquid flow path between the liquid supply port and the liquid discharge port, and a filter layer having a plurality of openings.
It is a recording head equipped with
When the filter layer is provided in the liquid flow path, the region far from the liquid discharge port is set as the first region, and the region close to the liquid discharge port is set as the second region, a force is applied to the filter layer. The recording head is characterized in that the degree of change in the shape of the opening in the first region is smaller than the degree of change in the shape of the opening in the second region.
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
液体供給口が形成される基板の上に複数の開口が平面状に配置されたフィルター層を形成する工程と、
前記フィルター層の上に、前記フィルター層を介して前記液体供給口と連通して液体流路を形成するとともに、前記液体流路からの液体を吐出する液体吐出口を形成するオリフィス層を形成する工程と、
を有し、
前記フィルター層の少なくとも一部が分断されている
ことを特徴とする記録ヘッドの製造方法である。
The present invention also employs the following configuration. That is,
A process of forming a filter layer in which a plurality of openings are arranged in a plane on a substrate on which a liquid supply port is formed, and a process of forming a filter layer.
On the filter layer, an orifice layer is formed so as to communicate with the liquid supply port via the filter layer to form a liquid flow path and to form a liquid discharge port for discharging the liquid from the liquid flow path. Process and
Have,
It is a method of manufacturing a recording head, characterized in that at least a part of the filter layer is divided.
本発明によれば、液体記録装置の記録ヘッドの構成部材に形状変化が生じたとしても、記録ヘッドのフィルターによる異物捕集の効率を保つための技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for maintaining the efficiency of collecting foreign matter by the filter of the recording head even if the constituent members of the recording head of the liquid recording device change in shape.
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは
、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
なお、以下の説明においては、同一の機能を有する部位には同一の符号を付与し、その説明を省略する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be exemplified in detail with reference to the drawings. However, unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to those.
In the following description, the same reference numerals are given to the parts having the same function, and the description thereof will be omitted.
以下の記載において「記録」とは、文字や図形など有意の情報を形成する場合に限られず、有意無意を問わない。また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も含み得る。
また「記録媒体」とは、一般的に用いられる紙のほか、布、プラスチックフィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも含み得る。
In the following description, "record" is not limited to the case of forming significant information such as characters and figures, and may be significant or unintentional. Further, regardless of whether or not it is manifested so that it can be visually perceived by humans, it may include a case where an image, a pattern, a pattern or the like is widely formed on a recording medium, or the medium is processed.
Further, the "recording medium" may include not only commonly used paper but also cloth, plastic film, metal plate, glass, ceramics, wood, leather and the like that can accept ink.
また「液体」または「インク」とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、あるいはインクの処理(例えばインク中の色剤の凝固または不溶化)に供される液体を含み得る。 Also, "liquid" or "ink" should be broadly interpreted as in the definition of "recording" above. Therefore, it may contain a liquid that is applied onto a recording medium and is used for forming an image, a pattern, a pattern, etc., processing the recording medium, or processing an ink (for example, coagulation or insolubilization of a colorant in the ink). ..
また、本明細書で装置構成や製造方法を説明するときに、各層の上下関係を示す表現(例えば、ある層の「上」や「表面」に他の層を設けるという記載)を用いる場合がある。しかしこの説明は便宜上のものであり、重力方向との関係を限定する趣旨ではない。 Further, when explaining the apparatus configuration and the manufacturing method in the present specification, an expression indicating the hierarchical relationship of each layer (for example, a description that another layer is provided on the “top” or “surface” of a certain layer) may be used. be. However, this explanation is for convenience only and is not intended to limit the relationship with the direction of gravity.
<全体構成>
図1を参照して、液体記録装置に用いられる液体記録ヘッドについて説明する。図1は、記録ヘッド100の模式的な部分破断斜視図である。記録ヘッド100は記録素子とも呼ばれ、例えば液体記録装置のキャリッジに設置されて、液体(インク等)を記録媒体に向けて吐出する部材である。
<Overall configuration>
A liquid recording head used in a liquid recording device will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic partially broken perspective view of the
記録ヘッド100は概略、シリコン基板1、中間層(本図には現れず、後述)とオリフィス層6がこの順に積層された構成を持つ。
シリコン基板1は、面方位が[100]の単結晶シリコンに異方性エッチングを行って、貫通口である液体供給口8を形成された基板である。シリコン基板1にはエネルギー発生素子2が所定のピッチで2列並んで形成されている。液体供給口8はエネルギー発生素子2の列の間に開口されている。なお、エネルギー発生素子2は液体に吐出のための運動エネルギーを与える素子であり、一例として電気熱変換素子とそれに通電するスイッチング素子を利用できる。シリコン基板1にはまた、メンブレン膜(本図では省略、後述)が成膜されている。また、シリコン基板1は外部接続端子36を備えており、液体記録装置が備える不図示の制御部、または不図示の外部装置との間でデータを送受信したり、電源装置から電源供給を受けたりする。
The
The
シリコン基板1上に形成された中間層(不図示)の上には、流路形成部材を成すオリフィス層6によって、液体流路及びエネルギー発生素子2の上方に開口するように、複数の液体吐出口9が形成されている。液体供給口8から各液体吐出口9の間に液体流路上部12(図2参照)が形成される。液体流路上部12は例えば、複数の各液体吐出口9に連通する複数の個別流路および複数の発泡室を備えていても良く、共通液室である液体供給口8から各液体吐出口9に向かう液体の流路となる。そのため、液体流路上部12にゴミ等の異物が混入するおそれがある。液体流路上部12は、フィルター層によって下部の液体流路である液体供給口の開口と区画されており、液体流路上部と下部を合わせて液体流路を形成する。
On the intermediate layer (not shown) formed on the
液体供給口8を介して液体流路内に液体が充填された状態で、エネルギー発生素子2が圧力を発生させると、液体吐出口9からインク液滴が吐出し、被記録媒体に付着して記録
が行われる。
When the
<断面構成>
図2は、図1の記録ヘッド100を、A−Aを通り、記録ヘッド100に垂直な断面で切った断面図である。エネルギー発生素子2が形成されたシリコン基板1の表面にメンブレン膜3が成膜され、その上に樹脂層が積層され、中間層4を形成している。中間層4には、異物捕集フィルターとしての機能のほか、基板と流路形成部材の剥がれ防止機能を持たせても良い。中間層4は、本発明のフィルター層であるフィルター部4aのほか、周辺部4bを含む。
<Cross section configuration>
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
シリコン基板1には液体流路下部である液体供給口8が形成され、大きな開口部をなしている。中間層4の上には流路形成部材であるオリフィス層6が積層している。オリフィス層6の形状により、中間層4とオリフィス層6の間に液体流路上部12が形成される。液体流路上部12は、オリフィス層の表面に形成された液体吐出口9まで液体を通過させる。
The
図2中に示されている複数の矢印は、液体供給口8からフィルター部4aを介して液体流路上部12に向かう液体の流れを表している。矢印の向きは液体の流れる方向を示し、矢印の長さは流量の大きさを示す。比較的、フィルター部4aのうち液体吐出口9から遠くに位置する中央領域(第1の領域)の流量が小さく、フィルター部4aのうち液体吐出口9に近い位置である周辺領域(第2の領域)の流量が大きいことが分かる。したがって、構成部材の形状変化によるフィルター開口形状の変化を抑制して異物の捕集効率をできるだけ維持するためには、フィルター部4aのうち、特に液体吐出口9に近い周辺領域の開口面積を変化させないことが重要となる。
The plurality of arrows shown in FIG. 2 represent the flow of the liquid from the
<製造方法>
図3A、図3Bの断面図を参照して、異物捕集フィルターを備える記録ヘッド100の製造するための、シリコン基板1の加工方法の各工程(a)〜(f)を説明する。
まず、図3Aの工程aにおいて、母材として主面が[100]面であり、一方の面としての表面にエネルギー発生素子2とメンブレン膜3が成膜されたシリコン基板1を用意する。なお、このメンブレン膜3は、後の工程でウェットエッチングやドライエッチングにより不要部分を除去できるものであれば、特に限定されない。
<Manufacturing method>
Each step (a) to (f) of the processing method of the
First, in step a of FIG. 3A, a
次に、図3Aの工程bにおいて、シリコン基板1の表面に樹脂を塗布し、中間層4としての樹脂層を形成する。樹脂層形成の際には、スピンコート法、ダイレクトコート法やディスペンス法などの方法を利用できる。その後、中間層4の表面にレジストを塗布してから露光及び現像することによりレジストパターンを形成する。そして、レジストをマスクとして中間層4をエッチングすることで所望のフィルターパターンを形成する。図3Aの工程bでは、すでにフィルターパターンが形成された様子を示している。なお、フィルターを形成する樹脂として感光性材料を用いて、レジストを使用せずに直接、露光及び現像することにより、所望のフィルターパターンを形成してもよい。
Next, in step b of FIG. 3A, a resin is applied to the surface of the
次に、図3Aの工程cにおいて、中間層4の上に感光性樹脂を塗布して、型材層5を形成する。型材層5の形成には、スピンコート法、ダイレクトコート法やディスペンス法などの方法を利用できる。その後、露光及び現像することによって、型材層5に所望の流路パターンを形成する。後述する図8及び図9のようなオリフィス層6を形成する場合は、この工程で型材をパターニングしておくことにより、所望の形状を得ることができる。図3Aの工程cでは、すでにパターニングされた型材層5が形成された様子を示している。
Next, in the step c of FIG. 3A, the photosensitive resin is applied on the
次に、図3Bの工程dにおいて、型材層5の上にオリフィス層6となる被覆樹脂を塗布
する。被覆樹脂の塗布にもスピンコート法、ダイレクトコート法やディスペンス法などを利用できる。その後、液体吐出口9に相当する部分を露光及び現像して除去することにより、液体吐出口9を有するオリフィス層6を形成する。
Next, in step d of FIG. 3B, a coating resin to be an
次に、図3Bの工程eにおいて、シリコン基板1の裏面(紙面で下側の面)にレーザー光照射、ドリル等を用い未貫通孔を形成した後に、シリコン基板1の裏面にエッチング処理を行うことによって、シリコン基板1に液体供給口8を形成する。なお、エッチング処理は、オリフィス層6の表面を環化ゴムやテープ等により保護して、エッチング溶液を容器中に貯めてバッチ式で処理してもよいし、シリコン基板1と容器をシールして、処理面のみをエッチング溶液に触れさせる枚葉式で処理してもよい。
Next, in step e of FIG. 3B, a non-penetrating hole is formed on the back surface (lower surface of the paper surface) of the
次に、図3Bの工程fにおいて、型材層5、および、液体流路中にあるメンブレン膜3をシリコン基板1から除去する。これは、溶液中にシリコン基板1を浸漬させて処理を行うウエット方式を用いてもよいし、エッチングガスで処理をするドライ方式を用いてもよい。
Next, in the step f of FIG. 3B, the mold material layer 5 and the
以上の各工程によって、シリコン基板1に、液体流路下部である液体供給口8から、フィルター部4aを介して液体流路上部12を通過し、液体吐出口9に至る液体流路が形成される。そして、このシリコン基板1をレーザーソータやダイシングソータ等によって切断分離してチップ化する。各チップにエネルギー発生素子2を駆動させる電気配線の接合を行った後、液体供給用のチップタンク部材を接合することにより、記録ヘッド100を製造することができる。
By each of the above steps, a liquid flow path is formed on the
<フィルター構成例>
続いて、熱収縮や材料応力があってもできるだけ変形を抑制して異物の捕集性能を維持できるようなフィルター層をなす、フィルター部4aの構成例について説明する。以下の例では複数の開口が平面上に連続した網目状のフィルターを示す。
図4は、記録ヘッド100が有する中間層4のフィルター部4aの構成例を示す平面図である。本例でのフィルター部4aは、複数の開口が平面上に組み合わさった網目状のフィルターパターンが形成されている。そして、かかるフィルター部4aが分割され、流路に配置されたときに中央で分断される形状となっている。ここでは、網目をなす開口を分断するようになっているため、分割された両側の部材(第1の分断領域および第2の分断領域と呼ぶ)の互いに対向する端部には、開口部の縁に由来するそれぞれ櫛歯状の突出が含まれる。本図では、二つの分割フィルターにそれぞれ含まれる櫛歯の突出部分どうし(櫛歯4c1、4c2)が、互いに向き合うように配置されている。
<Filter configuration example>
Subsequently, a configuration example of the
FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of the
図4(a)は、フィルター部4aに熱収縮や応力などの外力が働かない通常状態を示す。このとき、フィルター部4aの中央領域4a1の開口4d1の開口幅をw1、周辺領域4a2の開口4d2の開口幅をw2とする。
図4(b)は、フィルター部4aに外力Fが働いて引っ張られた状態を示す。このとき、中央領域4a1において櫛歯同士の距離が離れていく結果、フィルター部4aの中央領域4a1の開口幅が広がってw3に変化する。よって、中央領域4a1の開口4d1の開口面積も増大する。しかし、周辺領域4a2の開口幅はw2のまま変化しない。よって、周辺領域4a2の開口4d2の面積は変化しない。
FIG. 4A shows a normal state in which an external force such as heat shrinkage or stress does not act on the
FIG. 4B shows a state in which an external force F acts on the
ここで、上述したように、周辺領域4a2付近の流量の方が中央領域4a1付近の流量よりも多い。したがって、外力によりフィルター部4aが変形した場合でも、より多くの液体が通過する周辺領域におけるフィルターの開口面積は変化しないため、異物捕集性能が大きく低下することはない。
Here, as described above, the flow rate in the vicinity of the peripheral region 4a2 is larger than the flow rate in the vicinity of the central region 4a1. Therefore, even if the
図5は、図4とは異なる構成のフィルター部4aの平面図である。網目状のフィルターパターンが形成されたフィルター部4aが分割された点は共通するが、分断された樹脂の櫛歯部分同士(櫛歯4c1、4c2)が交互に噛み合うように配置されている点が異なる。図示例では交互に配置された櫛歯の間隔を全て同じにしているが、異なる間隔が混在していてもよい。
FIG. 5 is a plan view of the
図5(a)は、フィルター部4aに外力が働かない通常状態であり、中央領域4a1の開口幅をw4、周辺領域4a2の開口幅をw5とする。
図5(b)は、フィルター部4aに外力Fが働いて引っ張られた状態を示す。このとき、中央領域4a1において櫛歯同士の距離が離れていく結果、フィルター部4aの中央領域4a1の開口幅が広がってw6に変化し、開口4d1の面積も増大する。しかし、周辺領域4a2の開口幅はw5のまま変わらないため、液体流量の多い周辺領域の開口4d2の開口面積が変化せず、異物捕集性能が大きく低下することはない。
FIG. 5A shows a normal state in which no external force acts on the
FIG. 5B shows a state in which an external force F acts on the
図6は、また異なる構成のフィルター部4aの平面図である。網目状のフィルターパターンが形成されたフィルター部4aが分割された点と、分断された樹脂の櫛歯部分同士(櫛歯4c1、4c2)が交互に噛み合うように配置されている点は、図5の例と同じである。しかし、図6の例では、分断された一方のフィルターの櫛歯4c1と、他方のフィルターの櫛歯4c2との間で、本数、形状および配置が異なり、2本の櫛歯4c1と1本の櫛歯4c2が対応している。かかる櫛歯の形状であっても、フィルターが分断されていることによる効果は変わらない。
FIG. 6 is a plan view of the
図6(a)は、フィルター部4aに力が働かない通常状態であり、中央領域4a1の開口幅をw7、周辺領域4a2の開口幅をw8とする。
図6(b)はフィルター部4aに外力Fが働いた状態であり、中央領域4a1の開口幅が広がってw9に変化し、開口4d1の面積も増大する。しかし、周辺領域4a2の開口幅はw8のまま変わらず、開口4d2の面積も変化しないため、異物捕集性能の低下は抑制される。
FIG. 6A is a normal state in which no force acts on the
FIG. 6B shows a state in which an external force F acts on the
図7は、また異なる構成のフィルター部4aの平面図である。図5と同様に、分割されたフィルター部4aの櫛歯部分同士(櫛歯4c1、4c2)が交互に噛み合うように配置されている。さらに図7(a)に示すように、フィルターの分断部の一部を、フィルターを構成する樹脂の幅(櫛歯の幅)よりも細い幅の樹脂(櫛歯接続部4c3)で繋いでいる。
FIG. 7 is a plan view of the
この場合、チップの変形や伸縮によりフィルター部4aに応力がかかったとしても、細い部分の樹脂が先に伸縮したり、時には一部が分断されたりして応力を緩和するため、フィルターの開口面積は変化しない。なお、フィルターの分断部をつなぐ樹脂は、フォトリソグラフィーによりパターニングできる範囲で、フィルターを構成する樹脂よりも細いものであればよく、その場所や太さは特に限定されるものではない。
図7(b)は櫛歯接続部4c3が破断した状態を示す。この場合でも、中央領域4a1の開口幅はw10からw12に広がり、開口4d1の面積は増大する。しかし、液体流量の大きい周辺領域4a2の開口幅はw11のまま変わらず、開口4d2の面積も変化しないため、異物捕集性能をできるだけ維持することができる。
In this case, even if stress is applied to the
FIG. 7B shows a state in which the comb tooth connection portion 4c3 is broken. Even in this case, the opening width of the central region 4a1 expands from w10 to w12, and the area of the opening 4d1 increases. However, since the opening width of the peripheral region 4a2 having a large liquid flow rate does not change at w11 and the area of the opening 4d2 does not change, the foreign matter collecting performance can be maintained as much as possible.
以上、図4〜図7を用いてフィルター層として用いるフィルター部4aの構成例を説明した。これらの例では、網目状のフィルター部4aの少なくとも一部が分断されており、分断された端部に櫛歯が形成されている。分割領域の端部に櫛歯を形成することで、外力が加わり分断箇所が押し開かれた場合でも、開口幅と開口面積が広がりフィルター効果が多少落ちはするものの、ある程度のフィルター効果を維持できる。しかし、本発明はこれ
に限定されない。複数の開口が網目のように平面状に配置された形状の平面状フィルターの少なくとも一部が分断されており、外からの力が加わったときに、フィルター部4aの周辺領域のほうが中央領域よりも形状変化の程度が小さいものであれば良い。
As described above, the configuration example of the
<オリフィス部構成例>
図8は、オリフィス層6の構成が異なる例を示す。図8(a)は、図2と同様に、図1のA−Aを通り、記録ヘッド100に垂直な断面で切った断面図である。図6(b)は、フィルター部4aの平面図である。
<Orifice portion configuration example>
FIG. 8 shows an example in which the structure of the
本例のオリフィス層6は、中間層4のフィルター部4aをオリフィス層6に接続するための、フィルター接続部6aを有している。フィルター接続部6aの存在により、分断されたフィルターが液体供給口8に落ち込んだり、逆に液体流路上部12にめくれ上がったりすることを防止できる。図示したように、フィルター部の一部が接続されていればよく、液体の流れを阻害しない限り、その場所や数は特に限定されるものではない。図示例では、分割されたそれぞれのフィルター部4aについて、櫛歯2個おきにフィルター接続部6aを配置している。
The
図9は、図8と異なるオリフィス層6の構成を示す断面図である。本例のオリフィス層6は、フィルター上部に配置され、フィルター部4aから離れて形成された、フィルター押さえ部6bを含んでいる。フィルター押さえ部6bは、異物がフィルターに捕集された際に、液体の流れによりフィルターがめくれ上がるのを防ぐ効果を発揮する。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the
以下に、本発明がとり得る様々な構成要素を組み合わせた実施例を参照して、本発明の好ましい例を詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred examples of the present invention will be described in detail with reference to examples in which various components of the present invention are combined. However, the present invention is not limited to these examples.
[実施例1]
まず、シリコン基板1として、表面にエネルギー発生素子2及びその駆動回路が形成され、メンブレン膜3としての酸化シリコン及び窒化シリコンが成膜されたウエハを用意した。そして、シリコン基板1表面に、スピンコート法により、異物捕集フィルターを形成するための中間層4としての樹脂層を塗布した。その上にレジストを塗布した後に露光、現像し、レジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとして、樹脂層をドライエッチングすることにより、シリコン基板表面に、中央部が分断されたフィルターパターンを形成した。続いて、型材層5及びオリフィス層6をパターニングした。続いて、シリコン基板1をTMAH22重量部のエッチング液を用い、83℃でウェットエッチング処理することで、液体供給口8となる開口部を形成した。最後に、メンブレン膜3及び型材層5を除去して、所望の液体供給口及び液体吐出口が開口されたシリコン基板1を得た。このシリコン基板1をダイシングソータにより切断分離してチップ化し、電気配線の接続を行って、インクジェット記録装置用の記録ヘッド100を得た。
[Example 1]
First, as the
この記録ヘッド100を、高温と低温の温度サイクル後に観察したところ、フィルターの変形は見られなかった。また、高速度カメラを用いてインクの流れを確認したところ、インクが液体供給口8から液体吐出口9へと向かう流れが観察され、特にフィルターの捲れや落ち込みは見られなかった。さらに、インクを用いて印字検査を行ったところ、インクのフィルターでインク中のゴミを捕集することができ、印字のカスレやムラがない良好なインク吐出が可能であった。
When the
[実施例2]
本実施例では、シリコン基板表面に形成されたフィルターパターン形状が、図5に示すような、分割されたフィルターそれぞれの櫛歯同士が交互に組み合わさったものである。
それ以外の点は、実施例1と同様の工程でシリコン基板1を作成し、記録ヘッド100を得た。
[Example 2]
In this embodiment, the filter pattern shape formed on the surface of the silicon substrate is a combination of the comb teeth of each of the divided filters as shown in FIG.
Other than that, the
この記録ヘッド100を高温と低温の温度サイクル後に観察したところ、フィルターの変形は見られなかった。また、高速度カメラを用いてインクの流れを確認したところ、インクが液体供給口から液体吐出口へと向かう流れが観察され、特にフィルターの捲れや落ち込みは見られなかった。さらに、インクを用いて印字検査を行ったところ、インクのフィルターでインク中のゴミを捕集することができ、印字のカスレやムラがない良好なインク吐出が可能であった。
When the
[実施例3]
本実施例では、シリコン基板表面に形成されたフィルターパターン形状が、図7に示すような、分割されたフィルターそれぞれの櫛歯同士が交互に組み合わさり、かつ、組み合わさった櫛歯と櫛歯の間が細い樹脂からなる櫛歯接続部4c3で繋がれたものである。それ以外の点は、実施例1と同様の工程でシリコン基板1を作成し、記録ヘッド100を得た。
[Example 3]
In this embodiment, the filter pattern shape formed on the surface of the silicon substrate is such that the comb teeth of the divided filters are alternately combined with each other as shown in FIG. 7, and the combined comb teeth and the comb teeth are combined. It is connected by a comb tooth connecting portion 4c3 made of a resin having a narrow gap. Other than that, the
この記録ヘッド100を高温と低温の温度サイクル後に観察したところ、一部で細い樹脂がちぎれていたが、フィルターの変形は見られなかった。また、高速度カメラを用いてインクの流れを確認したところ、インクは液体供給口から液体吐出口へと向かう流れが観察され、特にフィルターの捲れや落ち込みは見られなかった。さらに、インクを用いて印字検査を行ったところ、インクのフィルターでインク中のゴミを捕集することができ、印字のカスレやムラがない良好なインク吐出が可能であった。
When the
[比較例1]
続いて、本発明との比較例として、図10に示すようなシリコン基板表面に形成されたフィルターパターン形状を示す。比較例ではフィルターが分断されていないため、櫛歯部も存在しない。それ以外の点では、実施例1と同様の工程でシリコン基板1を作成し、記録ヘッド100を得た。
[Comparative Example 1]
Subsequently, as a comparative example with the present invention, the filter pattern shape formed on the surface of the silicon substrate as shown in FIG. 10 is shown. In the comparative example, since the filter is not divided, there is no comb tooth portion. In other respects, the
本比較例の記録ヘッド100を高温と低温の温度サイクル後に観察したところ、フィルターの変形が認められた。すなわち、図10(a)の変形前状態では、フィルター部4aの中央領域4a1の開口4d1と、周辺領域4a2の開口4d2の幅や面積は同程度である。一方、温度サイクルによる変形を経た図10(b)では、周辺領域4a2の開口4d2の面積が増大している。
また、高速度カメラを用いてインクの流れを確認したところ、インクは液体供給口から液体吐出口へと向かう流れが観察され、特にフィルターの捲れや落ち込みは見られなかった。しかし、インクを用いて印字検査を行ったところ、フィルターを通過したインク中のゴミがインク吐出口に詰まり、印字のカスレやムラが生じてしまった。これは、流量の多いフィルター周辺領域の開口が広がったために、フィルターで濾過しきれずに通過する異物の量が増えたことに関連すると考えられる。
When the
Moreover, when the flow of the ink was confirmed using a high-speed camera, the flow of the ink from the liquid supply port to the liquid discharge port was observed, and no particular curling or dropping of the filter was observed. However, when a print inspection was performed using ink, dust in the ink that had passed through the filter was clogged in the ink ejection port, and printing blurring and unevenness occurred. This is thought to be related to the increase in the amount of foreign matter that cannot be filtered by the filter due to the widening of the opening in the area around the filter where the flow rate is high.
(効果)
以上述べたように、本発明の実施例に係る記録ヘッド100によれば、外力が加わり記録ヘッド100の構成部材に形状変化(例えば、熱収縮や材料応力による伸びや変形)が生じた場合でも、中間層4のフィルター部4aの開口形状や開口面積が変化しにくい。特に、液体の通過する量が多いフィルター周辺領域における開口面積が増加しない。その結果、フィルターによる異物捕集効率を保つことができる。
(effect)
As described above, according to the
1:シリコン基板、4a:フィルター部、4d1:開口、4d2:開口、6:オリフィス層、8:液体供給口、d9:液体吐出口、12:液体流路上部 1: Silicon substrate, 4a: Filter part, 4d1: Aperture, 4d2: Aperture, 6: Orifice layer, 8: Liquid supply port, d9: Liquid discharge port, 12: Upper part of liquid flow path
Claims (10)
前記液体吐出口に前記液体を供給する液体供給口と、
前記液体供給口と前記液体吐出口の間の液体流路に設けられた、複数の開口が平面状に配置されたフィルター層と、
を備える記録ヘッドであって、
前記フィルター層の少なくとも一部が分断されている
ことを特徴とする記録ヘッド。 A liquid discharge port that discharges liquid and
A liquid supply port that supplies the liquid to the liquid discharge port,
A filter layer having a plurality of openings arranged in a plane, provided in a liquid flow path between the liquid supply port and the liquid discharge port,
It is a recording head equipped with
A recording head characterized in that at least a part of the filter layer is divided.
前記フィルター層が前記液体流路に設けられたときに前記液体吐出口から遠い領域を第1の領域とし、前記液体吐出口に近い領域を第2の領域とすると、前記フィルター層は、前記第1の領域において分断されている
ことを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド。 The plurality of openings included in the filter layer are arranged in a mesh pattern.
When the filter layer is provided in the liquid flow path, the region far from the liquid discharge port is defined as the first region, and the region close to the liquid discharge port is defined as the second region. The recording head according to claim 1, wherein the recording head is divided in the area of 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の記録ヘッド。 When the filter layer is divided into a first divided region and a second divided region, the divided openings are provided at the opposite ends of the first divided region and the second divided region. The recording head according to claim 2, wherein a comb tooth is formed based on the edge of the head.
ことを特徴とする請求項3に記載の記録ヘッド。 The recording head according to claim 3, wherein the protrusion of the comb tooth in the first divided region and the protrusion of the comb tooth in the second divided region face each other.
ことを特徴とする請求項3に記載の記録ヘッド。 The recording head according to claim 3, wherein the comb teeth in the first dividing region and the comb teeth in the second dividing region are in mesh with each other.
ことを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の記録ヘッド。 The filter layer has a comb tooth connecting portion having a width narrower than the width of the comb teeth, which connects the comb teeth in the first dividing region and the comb teeth in the second dividing region. The recording head according to any one of claims 3 to 5.
前記オリフィス層と、前記フィルター層の前記櫛歯の少なくとも一部を接続するフィルター接続部をさらに有する
ことを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の記録ヘッド。 In the recording head, a substrate provided with the liquid supply port, the filter layer, and an orifice layer forming the liquid flow path and the liquid discharge port are laminated in this order.
The recording head according to any one of claims 3 to 6, further comprising a filter connecting portion connecting the orifice layer and at least a part of the comb teeth of the filter layer.
前記オリフィス層は、当該オリフィス層から前記フィルター層に向けて突出し、前記液体流路を介して前記フィルター層に対向する、フィルター押さえ部を有する
ことを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の記録ヘッド。 In the recording head, a substrate provided with the liquid supply port, the filter layer, and an orifice layer forming the liquid flow path and the liquid discharge port are laminated in this order.
One of claims 3 to 6, wherein the orifice layer has a filter holding portion that protrudes from the orifice layer toward the filter layer and faces the filter layer via the liquid flow path. The recording head described in the section.
前記液体吐出口に前記液体を供給する液体供給口と、
前記液体供給口と前記液体吐出口の間の液体流路に配置された、複数の開口を有するフ
ィルター層と、
を備える記録ヘッドであって、
前記フィルター層が前記液体流路に設けられたときに前記液体吐出口から遠い領域を第1の領域とし、前記液体吐出口に近い領域を第2の領域とすると、前記フィルター層に力が加えられたときの前記第1の領域における前記開口の形状変化の程度は、前記第2の領域における前記開口の形状変化の程度よりも小さい
ことを特徴とする記録ヘッド。 A liquid discharge port that discharges liquid and
A liquid supply port that supplies the liquid to the liquid discharge port,
A filter layer having a plurality of openings arranged in a liquid flow path between the liquid supply port and the liquid discharge port, and a filter layer having a plurality of openings.
It is a recording head equipped with
When the filter layer is provided in the liquid flow path, the region far from the liquid discharge port is set as the first region, and the region close to the liquid discharge port is set as the second region, a force is applied to the filter layer. The recording head is characterized in that the degree of change in the shape of the opening in the first region is smaller than the degree of change in the shape of the opening in the second region.
前記フィルター層の上に、前記フィルター層を介して前記液体供給口と連通して液体流路を形成するとともに、前記液体流路からの液体を吐出する液体吐出口を形成するオリフィス層を形成する工程と、
を有し、
前記フィルター層の少なくとも一部が分断されている
ことを特徴とする記録ヘッドの製造方法。 A process of forming a filter layer in which a plurality of openings are arranged in a plane on a substrate on which a liquid supply port is formed, and a process of forming a filter layer.
On the filter layer, an orifice layer is formed so as to communicate with the liquid supply port via the filter layer to form a liquid flow path and to form a liquid discharge port for discharging the liquid from the liquid flow path. Process and
Have,
A method for manufacturing a recording head, characterized in that at least a part of the filter layer is divided.
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