JP6083986B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents
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Description
a>b ・・・(1)
以下の第1表に本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドおよび比較例の性能試験の結果を示し、本発明の効果を説明する。
以下の3つを試料とした。
A.実施例:図1(a)から(c)に示す本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド
密着層6を、Si基板11上の圧力室14内のエネルギー発生素子3に対応する領域(第1領域)と、流路17の圧力室14側の領域に対応する領域(第2領域)と、第1領域と第2領域との境界部分にわたって敷設せず、他の領域に敷設した形態の液体吐出ヘッド。
B.比較例1:図5に示す構成の液体吐出ヘッド
密着層6の敷設領域を、Si基板11上のエネルギー発生素子3の上面以外の部分とした以外は、実施例と同様の構成を有する液体吐出ヘッド。
C.比較例2:図2に示す構成の液体吐出ヘッド
密着層6の敷設領域を、Si基板11上の、Si基板11と流路形成部材15との当接部分のみに敷設した以外は、実施例と同様の構成を有する液体吐出ヘッド。
以下の3つの項目について試験を行った。
1.高出力周波数での記録時の吐出性能
液体吐出ヘッド試料を一般的なインクジェット記録装置に搭載し、インクジェット記録装置による記録動作を行った。このとき、吐出口からインクを吐出させる頻度を示すインク吐出周波数を、通常の記録時の周波数から段階的に上げていき、液体吐出ヘッドのフェース面から吐出口内の泡の状態を観察した。本例では、吐出周波数を15kHzから30kHz程度まで上昇させたときに、吐出動作により生じた発泡の残泡が次の吐出動作までに見えなくなった場合は、吐出性能良好であると評価し、残泡が依然として見える場合は、吐出性能不良であると評価した。
2.インクによる部材の溶解
各液体吐出ヘッド試料の記録素子基板部分を、高温下で、Siを溶解する性質を有するインク中に所定時間にわたって浸漬した後、インクから取り出して洗浄し、液体供給口付近の構成部材にインクによる浸食が見られるか否かを観察した。Si系の材料からなる構成部材にアウトラインが後退するなどの浸食が見られた場合は、性能不良であると評価し、浸食が見られなかった場合は、性能良好であると評価した。
3.部材の剥がれ
各液体吐出ヘッド試料およびその記録素子基板部分を、インクに浸漬し所定時間にわたって高温条件下に置く5年に相当する加速劣化試験を行った。また、各液体吐出ヘッド試料およびその記録素子基板の部分を、所定時間にわたって高圧下に置く加圧試験を行った。これらの試験の後の各供試サンプルについて、構成部材間の接合の状態を観察した。加速劣化試験および加圧試験の少なくともいずれかにおいて流路形成部材と密着層との間に剥がれが生じている場合は、性能不良であると評価し、剥がれが生じておらず密着性が保たれていた場合は、性能良好であると評価した。
実施例は、吐出性能、部材の溶解に対する性能、および部材の剥がれに対する性能のいずれも、良好であった。
B.比較例1
比較例1は、部材の溶解に対する性能および部材の剥がれに対する性能は良好であったが、吐出性能は不良であった。高吐出周波数での記録を行った後の比較例1の液体吐出ヘッドのフェース面を観察すると、企図していない不良発泡によるインクの吐出により生じた大きなインク滴が大量に付着していた。また、吐出性能試験において記録された画像を観察すると、インクが吐出されない不吐の状態になっている吐出口が多数存在することがわかった。すなわち、比較例1の構成では、インクを吐出させる発泡が成長する領域の近傍に密着層の大きい段差を有するため、高出力周波数での記録の際に、残泡を取り込んでしまい、吐出不良になってしまったものと考えられる。
C.比較例2
比較例2は、吐出性能および部材の剥がれに対する性能は良好であったが、部材の溶解に対する性能は不良であった。すなわち、Si系材料で構成された層のインクに対する溶解量が大きく、問題となり得るレベルであった。詳細には、比較例2の構成によると、図2に示すように、絶縁層の膜であるSiNが溶解してしまい、インクに触れてはいけないアルミ電極部分まで浸食されてしまう。このように溶解が進むと、液体吐出ヘッドの吐出エネルギー発生素子は駆動しなくなるだけでなく、これを搭載したインクジェット記録装置自体の焼損の可能性も生じることとなる。
D.まとめ
以上のように、従来の液体吐出ヘッドの構成を代表する比較例1および比較例2では、吐出性能、部材の溶解、部材の剥がれといった3つの課題を同時に克服することは困難であった。しかしながら、本発明の実施形態に係る構成では、上述の記録試験および保存試験において性能に問題が無く、これらの課題を解消することができる。
3 エネルギー発生素子
4 保護層
5 お堀
6 密着層
9 吐出口
10 蓄熱層
11 Si(シリコン)基板
12 Al(アルミ)配線
13 インク
14 圧力室
15 流路形成部材
16 液体供給口
17 流路
Claims (13)
- 液体を吐出するために液体を発泡するエネルギーを発生させる素子と、液体を供給するための液体供給口と、前記素子を被覆し金属からなる保護層と、前記素子と前記保護層との間に設けられ、Si系材料で構成された絶縁層と、が設けられた基板と、
前記基板との間に、前記素子によって液体を発泡するための圧力室と、前記圧力室と前記液体供給口とを連通する流路と、を前記基板と共に構成する流路形成部材と、
前記基板と前記流路形成部材との間に設けられた中間層と、
を有し、
前記中間層は、前記圧力室を構成し前記素子に対応する前記基板の第1領域と、前記流路を構成し前記第1領域と繋がり前記流路の延びる方向に延在する前記基板の第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との境界に相当する部分と、を避けるように配設されており、
前記基板の前記流路形成部材の側の面において前記絶縁層は前記圧力室と前記流路とに露出しておらず、前記第1領域と前記第2領域と前記部分とでは前記保護層が露出していることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記中間層は、ポリエーテルアミド系の樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記中間層と前記基板との密着性は、前記流路形成部材と前記基板との密着性よりも強いことを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記流路形成部材は、前記基板との接合部において、前記保護層と接触していないことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記中間層は前記基板と前記流路形成部材との間から前記圧力室および前記流路に向かって突出していることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板の前記素子が設けられた面に沿い前記流路の延びる方向に直交する方向において、前記圧力室は前記流路よりも長いことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板と、前記保護層と、前記中間層と、前記流路形成部材と、はこの順に配設されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記保護層は、タンタルまたはイリジウムを含むことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板の前記流路形成部材の側の面において前記絶縁層が前記流路に露出しないように、前記中間層の一部は、前記流路の前記液体供給口の側の部分に配設されて前記絶縁層を覆っており、前記中間層の前記一部は前記流路に露出しており、前記中間層の前記一部の、前記流路の延びる方向と交差する方向に沿う端面が、前記中間層の前記一部と前記第2領域との境界を構成していることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記中間層の前記一部は、前記流路と前記液体供給口との境界まで延在することを特徴とする請求項9に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記流路の延びる方向における前記第1領域と前記第2領域との境界から前記中間層の前記端面までの長さは、前記中間層の前記端面から前記流路と前記液体供給口との境界までの長さよりも長いことを特徴とする請求項10に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記中間層の前記一部は、前記保護層の端部を被覆していることを特徴とする請求項9から11のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを搭載し、前記素子を駆動させて記録を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。
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