JP5929264B2 - Droplet discharge head, ink cartridge, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、液滴吐出ヘッド、インクカートリッジおよび画像形成装置に関する。さらに詳述すると、駆動手段により振動板を変位させノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッド、および該液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジおよび画像形成装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head, an ink cartridge, and an image forming apparatus. More specifically, the present invention relates to a droplet discharge head that discharges droplets from a nozzle by displacing a diaphragm by a driving unit, and an ink cartridge and an image forming apparatus including the droplet discharge head.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド(以下、ヘッドともいう)を含む装置を用いて、記録媒体(以下、用紙ともいうが材質を限定するものではなく、印刷媒体、被記録媒体、記録用紙、転写材、記録紙なども同義で使用する)を搬送しながら、液体としてのインク(記録液)を用紙に付着させて画像形成(記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる)を行なう、いわゆるインクジェット方式の画像形成装置(インクジェット記録装置ともいう)が知られている。 As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying machine, and a multifunction machine of these, for example, an apparatus including a recording head (hereinafter also referred to as a head) constituted by a droplet discharge head is used. However, the material is not limited, and printing medium, recording medium, recording paper, transfer material, recording paper, etc. are also used interchangeably), and ink (recording liquid) as a liquid is attached to the paper while transporting it. A so-called ink jet type image forming apparatus (also referred to as an ink jet recording apparatus) that performs image formation (recording, printing, printing, and printing are also used synonymously) is known.
近年、インクジェット記録装置は、印刷速度の高速化、高画質化、低価格化、小型化が進んで広く普及している。このようなインクジェット記録装置に用いられる液滴吐出ヘッドは、一般に、複数のノズル列を有し、ノズル列に連通した複数の個別液室(圧力室)を有し、該複数の個別液室には比較的容積の大きな共通の共通液室が連通されている構成が一般的である。個別液室に選択的にエネルギーを印加することにより個別液室を変形させ、液滴を吐出させて任意の画像をオンデマンドで形成することができる。 In recent years, inkjet recording apparatuses have become widespread due to advances in printing speed, image quality, price reduction, and miniaturization. A droplet discharge head used in such an ink jet recording apparatus generally has a plurality of nozzle rows, a plurality of individual liquid chambers (pressure chambers) communicating with the nozzle rows, and the plurality of individual liquid chambers. In general, a common liquid chamber having a relatively large volume is communicated. By selectively applying energy to the individual liquid chamber, the individual liquid chamber can be deformed, and droplets can be ejected to form an arbitrary image on demand.
液滴吐出ヘッドの個別液室に圧力変動を発生させる方式は複数のものが実用化、製品化されている。例えば、個別液室内にヒータを設置することで液体を気化させ、圧力変動を利用するサーマルインクジェット方式、個別液室にアクチュエータを設置する方式等が挙げられる。また、アクチュエータを用いる方式では、アクチュエータの種類により圧電素子方式、静電方式等が知られている。 A plurality of methods for generating pressure fluctuations in the individual liquid chambers of the droplet discharge head have been put into practical use and commercialized. For example, a thermal ink jet method in which a liquid is vaporized by installing a heater in the individual liquid chamber and pressure fluctuation is used, a method in which an actuator is installed in the individual liquid chamber, and the like can be mentioned. As a method using an actuator, a piezoelectric element method, an electrostatic method, or the like is known depending on the type of actuator.
アクチュエータを用いる方式では、幅広い物性のインクに対応可能である反面、液室配列の高密度化、ヘッドの小型化が困難とされているが、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)プロセスを用いることで高密度化する技術が確立されてきている。すなわち、個別液室に薄膜形成技術を用いて振動板、電極、圧電体等を積層したユニモルフ型アクチュエータとすることで、半導体デバイス製造プロセス(フォトリソグラフィ)を用いて個別の圧電素子と電極、配線をパターニングすることで高密度化することが可能となってきている。 Although the method using an actuator is compatible with inks with a wide range of physical properties, it is difficult to increase the density of the liquid chamber arrangement and to reduce the size of the head, but by using a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process. Technology for increasing the density has been established. In other words, by using a unimorph actuator in which a diaphragm, electrode, piezoelectric body, etc. are stacked using thin film formation technology in an individual liquid chamber, individual piezoelectric elements, electrodes, and wiring are used using a semiconductor device manufacturing process (photolithography). It has become possible to increase the density by patterning.
インクジェット記録ヘッドには印刷速度の高速化の対応への要求が高まっており、高速化を図るためにはノズルから高い周波数でインクを吐出することが求められ、高い周波数で吐出するためには、液滴吐出ヘッドの剛性を高くして固有周期を短くする必要がある。また、画像の高画質化の要求に対しては、ノズルの数を増加して高密度化する傾向にある。それに伴い、各個別液室の間隔は狭まる傾向にあり、ヘッドの小型化、高密度化も対応する必要がある。また、高速化の要求に対しては、ヘッドの長尺化も試みられており、例えば、記録媒体の幅全領域を覆うことのできる記録ヘッドを備えたいわゆるライン型プリンタも提案されている。 Inkjet recording heads are increasingly required to support higher printing speeds, and in order to achieve higher speeds, it is required to eject ink at a high frequency from nozzles. It is necessary to increase the rigidity of the droplet discharge head to shorten the natural period. Also, in response to the demand for higher image quality, the number of nozzles tends to increase to increase the density. Accordingly, the interval between the individual liquid chambers tends to be narrowed, and it is necessary to cope with the downsizing and high density of the head. In response to the demand for higher speed, attempts have been made to increase the length of the head. For example, a so-called line-type printer having a recording head that can cover the entire width of the recording medium has been proposed.
ところで、圧電素子の周囲の空間に生じる圧力変化により、ヘッドの液滴吐出性能に変化が生じるおそれがあることが知られている。具体的には、ヘッドを組立てる際に接着剤を加熱接合することによる熱や、フォトリソグラフィプロセス中の熱や、ヘッド駆動による圧電素子の発熱によって、空間の温度が変化する場合、圧電素子の周囲の空間の圧力も変化してしまい、吐出特性が変化してしまうものである。 By the way, it is known that a change in pressure generated in a space around the piezoelectric element may cause a change in the droplet discharge performance of the head. Specifically, when the temperature of the space changes due to heat generated by bonding the adhesive when the head is assembled, heat during the photolithography process, or heat generation of the piezoelectric element driven by the head, the surroundings of the piezoelectric element The pressure in the space also changes, and the discharge characteristics change.
このような問題に対して、圧電素子の周囲の空間を密閉させない構成とすることが考案されている。例えば、特許文献1には、複数のノズルと、各ノズルに連通され、吐出するインクを貯留する複数の圧力室と、複数の圧力室の一壁部となる振動板と、振動板に積層され、振動板を挟んで圧力室に対向する位置に形成された空間を有する隔壁部材と、空間内で振動板に設けられ、駆動電圧の印加により振動板を変位させる圧電素子と、隔壁部材に積層され、圧電素子に駆動電圧を印加する電極に接続された配線層部と、を備え、配線層部における空間に露出する面に、該空間と大気とを連通する溝を形成したインクジェットヘッドが開示されている。 In order to solve such a problem, it has been devised that the space around the piezoelectric element is not sealed. For example, in Patent Document 1, a plurality of nozzles, a plurality of pressure chambers communicating with each nozzle and storing ink to be ejected, a diaphragm serving as one wall portion of the plurality of pressure chambers, and a diaphragm are stacked. A partition member having a space formed at a position facing the pressure chamber across the diaphragm, a piezoelectric element provided in the diaphragm within the space for displacing the diaphragm by application of a driving voltage, and laminated on the partition member And a wiring layer portion connected to an electrode for applying a driving voltage to the piezoelectric element, and an ink jet head in which a groove communicating the space and the atmosphere is formed on a surface exposed to the space in the wiring layer portion. Has been.
また、特許文献2には、圧電素子が設けられる圧電素子基板と、圧電素子基板と離間して対向するように配置された上部基板と、上部基板と圧電素子基板との間に空洞を構成するリブ隔壁、を備え、該空洞が、大気に連通している液滴吐出ヘッドが開示されている。 Further, in Patent Document 2, a cavity is formed between a piezoelectric element substrate on which a piezoelectric element is provided, an upper substrate disposed so as to be opposed to the piezoelectric element substrate, and an upper substrate and the piezoelectric element substrate. There is disclosed a liquid droplet ejection head that includes a rib partition and in which the cavity communicates with the atmosphere.
特許文献1に記載の技術では、圧電素子上に形成される空間は、流路基板と隔壁部材と配線層部との3つの部材で囲まれることで形成し、圧電素子の上部に位置する配線層部に設けた溝を介して大気と連通させている。また、特許文献2に記載の技術では、圧電素子上に形成される空間は、圧電素子基板と上部基板とリブ隔壁との3つの部材で囲まれることで形成され、リブ隔壁に設けた空洞を介して大気と連通させている。 In the technique described in Patent Document 1, the space formed on the piezoelectric element is formed by being surrounded by three members of the flow path substrate, the partition member, and the wiring layer portion, and the wiring located above the piezoelectric element. It communicates with the atmosphere through a groove provided in the layer portion. In the technique described in Patent Document 2, the space formed on the piezoelectric element is formed by being surrounded by three members of the piezoelectric element substrate, the upper substrate, and the rib partition, and the cavity provided in the rib partition is formed. Through the atmosphere.
特許文献1では、隔壁部材をDFR(ドライフィルレジスト)で形成しているため、高密度化を図る上では、隔壁部材の幅を狭く加工する必要があるが、DFRの加工精度はシリコンより劣るため、小型高密度を図ることが難しいという問題がある。また、高い周波数で液滴を吐出するためには、固有周期を短くするために圧電素子の周囲を圧電素子ごとに保持する必要があるが、DFRでは剛性が低いために高速印字に対応することが難しい。さらに、隔壁部材にインク流路が形成されるが、DFRではインク耐性を考慮すると選択性が低いという問題がある。 In Patent Document 1, since the partition member is formed of DFR (dry fill resist), it is necessary to process the partition member with a narrow width in order to increase the density, but the processing accuracy of DFR is inferior to that of silicon. Therefore, there is a problem that it is difficult to achieve a small size and high density. In order to eject liquid droplets at a high frequency, it is necessary to hold the periphery of each piezoelectric element for each piezoelectric element in order to shorten the natural period. However, DFR has low rigidity, so it supports high-speed printing. Is difficult. Furthermore, an ink flow path is formed in the partition member, but DFR has a problem that the selectivity is low in consideration of ink resistance.
また、特許文献2に記載の技術では、隔壁部材が感光性樹脂で形成されているため、高い周波数でインクを吐出するためには圧電素子の周囲を圧電素子ごとに保持する必要があるが、感光性樹脂では剛性が低いために高速印字に対応できないという問題がある。 In the technique described in Patent Document 2, since the partition member is formed of a photosensitive resin, it is necessary to hold the periphery of the piezoelectric element for each piezoelectric element in order to eject ink at a high frequency. The photosensitive resin has a problem that it cannot cope with high-speed printing because of its low rigidity.
そこで本発明は、圧電素子上の空間を流路基板と、シリコンからなる保持基板との2つの部材により形成し、該保持基板に大気と連通させるための溝部を設けることにより、圧電素子の周囲に形成される空間の圧力変化を抑制することができ、また、高速化に対応可能であって、かつ、小型化および高密度化を図ることができる液滴吐出ヘッド、インクカートリッジおよび画像形成装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a space around the piezoelectric element by forming a space on the piezoelectric element with two members, a flow path substrate and a holding substrate made of silicon, and providing a groove portion for communicating with the atmosphere on the holding substrate. A liquid droplet ejection head, an ink cartridge, and an image forming apparatus that can suppress a change in pressure in a space formed in the space, can cope with a higher speed, and can be reduced in size and density. The purpose is to provide.
かかる目的を達成するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズルプレートと、該ノズルプレートと接合され、隔壁により区切られた複数の液室が設けられた流路基板と、前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、前記液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板と、前記流路基板の前記ノズルプレートとは反対側に接合され、シリコンからなる保持基板と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記保持基板は、前記流路基板側の前記駆動手段に対向する位置に、該保持基板と前記流路基板とで囲まれる空間部を有し、該空間部は、前記保持基板に設けられた溝部を介して大気と連通しているものである。 In order to achieve such an object, a droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle plate provided with a plurality of nozzles for discharging a liquid, and a plurality of liquid chambers joined to the nozzle plate and separated by a partition wall. A flow path substrate, driving means for generating a pressure for pressurizing the liquid in the liquid chamber, a vibration plate forming at least a part of a wall surface of the liquid chamber, and the nozzle plate of the flow path substrate In a droplet discharge head having a holding substrate made of silicon and bonded to the opposite side, the holding substrate and the flow channel at a position facing the driving means on the flow channel substrate side A space portion surrounded by the substrate is provided, and the space portion communicates with the atmosphere through a groove portion provided in the holding substrate.
本発明によれば、圧電素子上に形成される空間の圧力変化を抑制することができ、また、高速化に対応可能であって、かつ、小型化および高密度化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the pressure change in the space formed on the piezoelectric element, to cope with the increase in speed, and to reduce the size and increase the density.
以下、本発明に係る構成を図1から図11に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a configuration according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.
<第1の実施形態>
(液滴吐出ヘッド構成)
本実施形態に係る液滴吐出ヘッド(インクジェット記録ヘッド100)は、液体(インク)を吐出する複数のノズル(ノズル2)が設けられたノズルプレート(ノズルプレート1)と、該ノズルプレートと接合され、隔壁(流路基板隔壁16)により区切られた複数の液室(個別液室11)が設けられた流路基板(流路基板10)と、液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段(圧電素子24)と、液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板(振動板13)と、流路基板のノズルプレートとは反対側に接合され、シリコンからなる保持基板(保持基板40)と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、保持基板は、流路基板側の駆動手段に対向する位置に、該保持基板と流路基板とで囲まれる空間部(保持基板凹部41)を有し、該空間部は、保持基板に設けられた溝部(第一溝部44、および/または第二溝部45)を介して大気と連通しているものである。
<First Embodiment>
(Droplet ejection head configuration)
The droplet discharge head (inkjet recording head 100) according to the present embodiment is joined to a nozzle plate (nozzle plate 1) provided with a plurality of nozzles (nozzles 2) for discharging liquid (ink), and the nozzle plate. A flow path substrate (flow path substrate 10) provided with a plurality of liquid chambers (individual liquid chambers 11) separated by a partition wall (flow path substrate partition wall 16) and a pressure for pressurizing the liquid in the liquid chamber The holding means (piezoelectric element 24), the vibration plate (vibration plate 13) that forms at least a part of the wall surface of the liquid chamber, and the nozzle plate of the flow path substrate are bonded to the opposite side of the nozzle plate. In the droplet discharge head provided with the holding substrate 40), the holding substrate is located in a space (holding substrate recess 41) surrounded by the holding substrate and the flow path substrate at a position facing the driving means on the flow path substrate side. ) Space portion are those that communicates with the atmosphere via a groove provided on the holding substrate (first channel section 44 and / or the second channel section 45).
図1は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェット記録ヘッド100の個別液室長手方向の断面図を示している。また、図2は、インクジェット記録ヘッド100の流路基板の平面図(上面図)、また、図3は、インクジェット記録ヘッド100の個別液室短手方向の断面図を示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view in the longitudinal direction of an individual liquid chamber of an ink jet recording head 100 which is an embodiment of a droplet discharge head according to the present invention. 2 is a plan view (top view) of the flow path substrate of the ink jet recording head 100, and FIG. 3 is a sectional view of the ink jet recording head 100 in the short direction of the individual liquid chamber.
インクジェット記録ヘッド100の構成について図1〜図3を参照しつつ説明する。インクジェット記録ヘッド100は、振動板13を上部に積層した流路基板10の下面にノズルプレート1を接合し、流路基板10の上部に保持基板40、共通液室基板50を積層した積層構造に、インク流路を形成することで構成されている。 The configuration of the inkjet recording head 100 will be described with reference to FIGS. The ink jet recording head 100 has a laminated structure in which the nozzle plate 1 is bonded to the lower surface of the flow path substrate 10 on which the vibration plate 13 is stacked, and the holding substrate 40 and the common liquid chamber substrate 50 are stacked on the flow path substrate 10. The ink channel is formed.
ノズル2から吐出されるインクは、先ず、インクタンク(図示せず)から連通する共通液室51から、保持基板40に設けられた保持基板開口部43と、流路基板10に開口するインク供給口17と、インク供給口17から個別液室11まで連通するインク供給路12を介して、個別液室11に供給される。また、個別液室11の振動板13上に形成される圧電素子24(下部電極(共通電極)21、圧電体22、上部電極(個別電極)23、からなる)を駆動することで生じる圧力により個別液室11に連通するノズル2から吐出されるものである。 The ink ejected from the nozzle 2 is first supplied from a common liquid chamber 51 communicating with an ink tank (not shown) to a holding substrate opening 43 provided in the holding substrate 40 and an ink supply opening to the flow path substrate 10. The liquid is supplied to the individual liquid chamber 11 through the port 17 and the ink supply path 12 communicating from the ink supply port 17 to the individual liquid chamber 11. Further, due to pressure generated by driving a piezoelectric element 24 (consisting of a lower electrode (common electrode) 21, a piezoelectric body 22, and an upper electrode (individual electrode) 23) formed on the diaphragm 13 of the individual liquid chamber 11. The liquid is discharged from the nozzle 2 communicating with the individual liquid chamber 11.
なお、圧電素子24は上部電極23、下部電極21からそれぞれ個別電極配線25、共通電極配線27を用いて引き出され駆動IC60と接続されている。また、駆動IC60は、図示しない駆動電圧制御部から供給された電圧を、印字パターンをもとに圧電素子24に選択的に供給して、圧電素子24を制御するものである。以下、各部の構成例について説明する。 The piezoelectric element 24 is drawn from the upper electrode 23 and the lower electrode 21 using the individual electrode wiring 25 and the common electrode wiring 27, respectively, and is connected to the driving IC 60. The drive IC 60 controls the piezoelectric element 24 by selectively supplying a voltage supplied from a drive voltage control unit (not shown) to the piezoelectric element 24 based on the print pattern. Hereinafter, a configuration example of each unit will be described.
[ノズルプレート]
ノズルプレート1は、インク吐出用のノズル2が複数列(例えば、4列)配列されている基板である。ノズルプレート1の材料は、所望の剛性や加工性に応じて種々選択可能である。例えば、SUS、ニッケル等の金属または合金や、シリコン、セラミックス等の無機材料、ポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。
[Nozzle plate]
The nozzle plate 1 is a substrate on which a plurality of (for example, four) rows of ink ejection nozzles 2 are arranged. The material of the nozzle plate 1 can be variously selected according to desired rigidity and workability. For example, a metal or alloy such as SUS or nickel, an inorganic material such as silicon or ceramics, or a resin material such as polyimide can be used.
なお、ノズル2の加工方法は、ノズルプレート1の材料特性や要求される精度・加工性から最適な方法を選択すればよく、例えば、電鋳めっき法、エッチング法、プレス加工法、レーザ加工法、フォトリソグラフィ法等によればよい。また、ノズル2の開口径、ノズル配列数、配列密度等についても、インクジェット記録ヘッド100に要求される仕様に合わせて所望の組み合わせを設定すればよい。 In addition, the processing method of the nozzle 2 should just select the optimal method from the material characteristic of the nozzle plate 1, and the required precision and workability, for example, electroforming plating method, etching method, press processing method, laser processing method The photolithography method or the like may be used. In addition, the opening diameter of the nozzle 2, the number of nozzle arrays, the array density, and the like may be set in a desired combination according to the specifications required for the inkjet recording head 100.
[流路基板]
流路基板10は、には、個別液室11、インク供給口17、インク供給口17から個別液室11への流体抵抗部であるインク供給路12、が形成される。個別液室11はノズルプレート1と接合する面に配置される。また、保持基板40と接合する側の面には振動版13、圧電素子24、個別電極配線25、個別電極パッド26、共通電極配線27、共通電極パッド28等が配置される。また、個別電極配線25および共通電極配線を27を覆うように第一絶縁膜29が配置され、圧電素子24の全面もしくは一部を覆うように第二絶縁膜30が配置されている。
[Channel substrate]
In the flow path substrate 10, an individual liquid chamber 11, an ink supply port 17, and an ink supply path 12 that is a fluid resistance portion from the ink supply port 17 to the individual liquid chamber 11 are formed. The individual liquid chamber 11 is disposed on the surface to be joined to the nozzle plate 1. Further, the vibration plate 13, the piezoelectric element 24, the individual electrode wiring 25, the individual electrode pad 26, the common electrode wiring 27, the common electrode pad 28, and the like are disposed on the surface on the side to be bonded to the holding substrate 40. A first insulating film 29 is disposed so as to cover the individual electrode wiring 25 and the common electrode wiring 27, and a second insulating film 30 is disposed so as to cover the entire surface or a part of the piezoelectric element 24.
流路基板10の材料は、所望の加工性・物性から種々選択可能であるが、例えば、300dpi(約85μmピッチ)以上ではフォトリソグラフィ法を用いることができるシリコン基板を用いることが好ましい。 The material of the flow path substrate 10 can be variously selected from desired processability and physical properties. For example, it is preferable to use a silicon substrate capable of using a photolithography method at 300 dpi (about 85 μm pitch) or more.
個別液室11の加工は、フォトリソグラフィ法を用いる場合は、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法等を用いることができる。これにより、振動板13の個別液室11側を二酸化シリコン膜等として、エッチストップ層とできるため、液室高さを高精度に制御することができる。 When the individual liquid chamber 11 is processed, for example, a wet etching method, a dry etching method, or the like can be used when a photolithography method is used. Thereby, the individual liquid chamber 11 side of the diaphragm 13 can be formed as a silicon dioxide film or the like to serve as an etch stop layer, so that the height of the liquid chamber can be controlled with high accuracy.
個別液室11は、ノズル2に対応する位置に設けられてインクに圧力を加え、ノズル2からインク液滴を吐出させるものである。個別液室11の上部には振動板13が形成され、振動板13上には下部電極21、圧電体22、上部電極23が積層された圧電素子24が形成される。振動板13としては、例えば、シリコンや窒化物、酸化物、炭化物等の剛性の高い材料を用いることが好ましい。また、これらの材料の積層構造としても良い。積層膜とする場合は、それぞれの材料の内部応力を考慮し、残留応力が少ない構成とすることが好ましい。例えば、Si3N4とSiO2の積層の場合は、引っ張り応力となるSi3N4と圧縮応力となるSiO2を交互に積層し、応力を緩和することができる。 The individual liquid chamber 11 is provided at a position corresponding to the nozzle 2, applies pressure to the ink, and discharges ink droplets from the nozzle 2. A diaphragm 13 is formed in the upper part of the individual liquid chamber 11, and a piezoelectric element 24 in which a lower electrode 21, a piezoelectric body 22, and an upper electrode 23 are stacked is formed on the diaphragm 13. As the diaphragm 13, it is preferable to use a highly rigid material such as silicon, nitride, oxide, or carbide. Alternatively, a stacked structure of these materials may be used. In the case of a laminated film, it is preferable that the residual stress is reduced in consideration of the internal stress of each material. For example, in the case of stacked the Si 3 N 4 and SiO 2, the SiO 2 as a Si 3 N 4 as the tensile stress and compressive stress are alternately laminated, it is possible to relieve stress.
また、振動板13の厚さは、所望の特性に応じて選択可能であるが、例えば、0.5μm〜10μmの範囲が好ましく、さらに好ましくは1.0〜5.0μmの範囲である。振動板13が薄すぎる場合、クラック等により振動板13が破損しやすくなり、厚すぎる場合は変位量が小さくなり吐出効率が低下するためである。また、薄すぎる場合は、振動板13の固有振動数が低下し、駆動周波数が高められないことに繋がる。 Moreover, although the thickness of the diaphragm 13 can be selected according to a desired characteristic, the range of 0.5 micrometer-10 micrometers is preferable, for example, More preferably, it is the range of 1.0-5.0 micrometers. This is because if the diaphragm 13 is too thin, the diaphragm 13 is likely to be damaged due to cracks or the like, and if it is too thick, the amount of displacement becomes small and the discharge efficiency decreases. On the other hand, if it is too thin, the natural frequency of the diaphragm 13 is lowered, which leads to the drive frequency not being increased.
下部電極21および上部電極23としては、導電性材料を用いることができる。例えば、金属、合金、導電性化合物等である。また、単層膜でも積層膜でも良い。なお、圧電体22と反応したり、拡散したりしない安定性の高い材料とする必要がある。また、圧電体22、振動板13との密着性を考慮し、密着層を形成することも好ましい。下部電極21および上部電極23の例としては、例えば、Pt、Ir、Ir酸化物、Pd、Pd酸化物等が安定性の高い材料として挙げられる。また、振動板13との密着層としては、Ti、Ta、W、Cr等を用いることができる。 A conductive material can be used for the lower electrode 21 and the upper electrode 23. For example, metals, alloys, conductive compounds and the like. Further, it may be a single layer film or a laminated film. Note that it is necessary to use a highly stable material that does not react with the piezoelectric body 22 or diffuse. It is also preferable to form an adhesion layer in consideration of adhesion between the piezoelectric body 22 and the diaphragm 13. Examples of the lower electrode 21 and the upper electrode 23 include, for example, Pt, Ir, Ir oxide, Pd, Pd oxide, and the like as highly stable materials. Further, Ti, Ta, W, Cr, or the like can be used as an adhesion layer with the diaphragm 13.
圧電体22としては、圧電性を示す強誘電体材料を用いることができる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムを用いることができる。圧電体22の成膜方法は、特に限られるものではないが、例えば、スパッタリング法、ゾルゲル法等によることができる。なお、成膜温度の低さからゾルゲル法が好ましい。 As the piezoelectric body 22, a ferroelectric material exhibiting piezoelectricity can be used. For example, lead zirconate titanate or barium titanate can be used. The film formation method of the piezoelectric body 22 is not particularly limited, and for example, a sputtering method, a sol-gel method, or the like can be used. Note that the sol-gel method is preferable because the film forming temperature is low.
また、上部電極23および圧電体22は、個別液室11ごとにパターニングされる。パターニングは、通常のフォトリソグラフィ法を用いることができる。なお、圧電体22の成膜をゾルゲル法にて行う場合は、スピンコーティング法や印刷法を用いることとしても良い。 The upper electrode 23 and the piezoelectric body 22 are patterned for each individual liquid chamber 11. For patterning, a normal photolithography method can be used. In the case where the piezoelectric body 22 is formed by the sol-gel method, a spin coating method or a printing method may be used.
圧電体22と下部、上部電極21,23から構成される圧電素子24は、個別液室11の上部相当位置に形成されることが好ましい。個別液室11を区画する流路基板隔壁16上に形成した場合は、振動板13の変形を阻害してしまうため、吐出効率の低下や応力集中による圧電素子24の破損等の原因となりうる。 The piezoelectric element 24 including the piezoelectric body 22 and the lower and upper electrodes 21 and 23 is preferably formed at a position corresponding to the upper portion of the individual liquid chamber 11. When formed on the flow path substrate partition 16 that partitions the individual liquid chamber 11, the deformation of the vibration plate 13 is hindered, which may cause a decrease in discharge efficiency or damage of the piezoelectric element 24 due to stress concentration.
また、流路基板10には、個別液室11に連通するインク供給路12が形成される。インク供給路12は共通液室51から個別液室11にインクを供給する機能を有すると同時に、圧電素子24を駆動することにより個別液室11に発生する圧力により、インクの逆流を防止しノズル2から吐出させる機能を有する。 In addition, an ink supply path 12 communicating with the individual liquid chamber 11 is formed in the flow path substrate 10. The ink supply path 12 has a function of supplying ink from the common liquid chamber 51 to the individual liquid chamber 11, and at the same time, by driving the piezoelectric element 24, the pressure generated in the individual liquid chamber 11 prevents the backflow of ink and the nozzle. 2 has a function of discharging.
そのため、個別液室11のインク流動方向の断面積を小さくし、流体抵抗を高くする必要がある。流路基板10にシリコン基板を用い、個別液室11とインク供給路12をフォトリソグラフィ法(エッチング含む)を用いて形成することは、個別液室11と同一の条件で加工することができるため好ましい。 Therefore, it is necessary to reduce the cross-sectional area of the individual liquid chamber 11 in the ink flow direction and increase the fluid resistance. Forming the individual liquid chamber 11 and the ink supply path 12 using a photolithography method (including etching) using a silicon substrate as the flow path substrate 10 can be processed under the same conditions as the individual liquid chamber 11. preferable.
なお、インク供給路12の高さを個別液室11より低くすることで、流体抵抗を高めるためには、個別液室11のオーバーエッチング量を時間管理で制御する必要があるため、エッチングレートのばらつきにより、流体抵抗を均一にすることができない。その結果、吐出均一性が悪化する。 In order to increase the fluid resistance by making the height of the ink supply path 12 lower than that of the individual liquid chamber 11, it is necessary to control the overetching amount of the individual liquid chamber 11 by time management. Due to the variation, the fluid resistance cannot be made uniform. As a result, the discharge uniformity is deteriorated.
インク供給路12は、振動板13が開口するインク供給口17、保持基板開口部43を通じて共通液室51に連通している。 The ink supply path 12 communicates with the common liquid chamber 51 through the ink supply port 17 through which the diaphragm 13 opens and the holding substrate opening 43.
個別液室11は、図1に示す断面図における手前方向から奥方向に、流路基板隔壁16を介して配列されている(図3)。個別液室11は流路基板隔壁16により区画されており、それぞれに対応する圧電素子24が形成される。 The individual liquid chambers 11 are arranged via the flow path substrate partition walls 16 from the front direction to the back direction in the cross-sectional view shown in FIG. 1 (FIG. 3). The individual liquid chamber 11 is partitioned by a flow path substrate partition wall 16, and a piezoelectric element 24 corresponding to each is formed.
なお、個別液室11の高さはヘッド特性に応じて任意に選択可能であるが、例えば、20〜100μmの範囲とすることが好ましい。また、流路基板隔壁16は、配列密度に合わせて任意に設定することが可能であるが、隔壁幅は、例えば、10〜30μmとすることが好ましい。なお、隔壁幅が狭い場合、隣接する個別液室11の圧電素子24を駆動した場合に隣接液室間の相互干渉が発生し、吐出ばらつきが大きくなるおそれがある。したがって、隔壁幅を狭くすることが必要な場合は、液室高さを低くすることが好ましい。 The height of the individual liquid chamber 11 can be arbitrarily selected according to the head characteristics, but is preferably in the range of 20 to 100 μm, for example. The flow path substrate partition 16 can be arbitrarily set according to the arrangement density, but the partition width is preferably 10 to 30 μm, for example. In addition, when the partition wall width is narrow, when the piezoelectric element 24 of the adjacent individual liquid chamber 11 is driven, mutual interference between adjacent liquid chambers may occur, resulting in a large discharge variation. Therefore, when it is necessary to narrow the partition wall width, it is preferable to reduce the liquid chamber height.
[電極配線]
配列した圧電素子24に駆動信号を入力するために、上部電極23から個別電極を引き出し、下部電極21から共通電極を引き出す構成となっている。図2に示すように、個別電極は、配列する上部電極23から個別電極配線25を介して個別電極パッド26まで引き出される。下部電極21は個別電極パッド26と反対側のインク供給口17の手前のインク供給路上にまで延伸され、下部電極21と導通する共通電極配線27を介して共通電極パッド28まで引き出される。なお、図2では振動板13の図示は省略している。
[Electrode wiring]
In order to input drive signals to the arranged piezoelectric elements 24, individual electrodes are drawn from the upper electrode 23 and common electrodes are drawn from the lower electrode 21. As shown in FIG. 2, the individual electrodes are drawn from the arranged upper electrodes 23 to the individual electrode pads 26 through the individual electrode wirings 25. The lower electrode 21 extends to the ink supply path before the ink supply port 17 on the side opposite to the individual electrode pad 26, and is drawn out to the common electrode pad 28 through the common electrode wiring 27 that is electrically connected to the lower electrode 21. In FIG. 2, the illustration of the diaphragm 13 is omitted.
なお、下部電極21と共通電極配線27との間には、第一絶縁膜29が形成され、第一絶縁膜29に開けられたコンタクトホール15を介して電気的に接続されている。同様に、上部電極23と個別電極配線25との間には、第一絶縁膜29が形成され、第一絶縁膜29に開けられたコンタクトホール14を介して電気的に接続されている。また、共通電極パッド28、個別電極パッド26は、駆動IC60に接続される。 A first insulating film 29 is formed between the lower electrode 21 and the common electrode wiring 27, and is electrically connected via a contact hole 15 opened in the first insulating film 29. Similarly, a first insulating film 29 is formed between the upper electrode 23 and the individual electrode wiring 25 and is electrically connected through a contact hole 14 opened in the first insulating film 29. Further, the common electrode pad 28 and the individual electrode pad 26 are connected to the drive IC 60.
なお、個別電極配線25と共通電極配線27は同一材料、同一工程で形成することが好ましい。電極材料としては、抵抗値の低い金属、合金、導電性材料等を用いることができる。また、上部電極23、下部電極21とコンタクト抵抗の低い材料を用いることが必要である。例えば、Al、Au、Ag、Pd、Ir、W、Ti、Ta、Cu、Crなどを用いることができる。 The individual electrode wiring 25 and the common electrode wiring 27 are preferably formed using the same material and the same process. As the electrode material, a low resistance metal, alloy, conductive material, or the like can be used. Further, it is necessary to use a material having a low contact resistance with the upper electrode 23 and the lower electrode 21. For example, Al, Au, Ag, Pd, Ir, W, Ti, Ta, Cu, Cr, or the like can be used.
また、コンタクト抵抗を低減するために、これらの材料の積層構造としても良い。コンタクト抵抗を下げる材料として、導電性化合物を用いても良い。例えば、Ta2O5、TiO2、TiN、ZnO、In2O3、SnO等の酸化物,窒化物およびその複合化合物を用いることができる。膜厚は特に限られるものではないが、例えば、1μm以下とすることが好ましい。 In order to reduce contact resistance, a stacked structure of these materials may be used. As a material for reducing contact resistance, a conductive compound may be used. For example, oxides, nitrides, and composite compounds thereof such as Ta 2 O 5 , TiO 2 , TiN, ZnO, In 2 O 3 , and SnO can be used. The film thickness is not particularly limited, but is preferably 1 μm or less, for example.
また、成膜には真空成膜法等の膜厚均一性が高い成膜方法を用いることが好ましい。これらの電極は、保持基板40との接合面となるため、高さ均一性を確保できる膜厚、成膜方法とすることが必要である。 In addition, it is preferable to use a film forming method with high film thickness uniformity such as a vacuum film forming method. Since these electrodes serve as a joint surface with the holding substrate 40, it is necessary to have a film thickness and a film forming method that can ensure height uniformity.
個別電極配線25および共通電極配線27を、保持基板外側まで引き出して個別電極パッド26および共通電極パッド28を形成する。また、個別電極パッド26および共通電極パッド28に駆動IC60からの信号を入力するワイヤ62を接続する。また、ワイヤ62の他端側は駆動IC60に形成された駆動ICパッド61に接続される。 The individual electrode wiring 25 and the common electrode wiring 27 are drawn out to the outside of the holding substrate to form the individual electrode pad 26 and the common electrode pad 28. Further, a wire 62 for inputting a signal from the driving IC 60 is connected to the individual electrode pad 26 and the common electrode pad 28. The other end of the wire 62 is connected to a driving IC pad 61 formed on the driving IC 60.
なお、配線の接続方法は、特に限られるものではないが、例えば、FPCを用いたACF接合、ハンダ接合や、ワイアボンディング法、駆動IC60の出力端子と直接接合するフリップチップ法等を用いることができる。各接合方式に合わせてパッドの材料、構造を選定すればよい。 The wiring connection method is not particularly limited. For example, ACF bonding using FPC, solder bonding, wire bonding method, flip chip method for directly bonding to the output terminal of the driving IC 60, or the like may be used. it can. What is necessary is just to select the material and structure of a pad according to each joining system.
[保持基板]
保持基板40は、流路基板10(20〜100μm厚)の剛性を確保するために、流路基板10のノズルプレート1とは対向する側に接合される。保持基板40の材料は、シリコンである。なお、流路基板10の反りを防止するために熱膨張係数の近い材料を選定することが好ましい。また、例えば、ガラスやSiO2、ZrO2、Al2O3等のセラミクス材料とすることも好ましい。
[Holding substrate]
The holding substrate 40 is bonded to the side of the flow path substrate 10 facing the nozzle plate 1 in order to ensure the rigidity of the flow path substrate 10 (20 to 100 μm thick). The material of the holding substrate 40 is silicon. In order to prevent warping of the flow path substrate 10, it is preferable to select a material having a close thermal expansion coefficient. Moreover, it is also preferable to use ceramic materials such as glass, SiO 2 , ZrO 2 , and Al 2 O 3 .
また、保持基板40には、共通液室51から個別液室11まで液体を供給するためのインク供給路である保持基板開口部43が形成されている。保持基板開口部43は共通液室51の一部を形成するといえ、流路基板10側のインク供給口17と連通している。 The holding substrate 40 has a holding substrate opening 43 that is an ink supply path for supplying liquid from the common liquid chamber 51 to the individual liquid chamber 11. The holding substrate opening 43 forms a part of the common liquid chamber 51 and communicates with the ink supply port 17 on the flow path substrate 10 side.
さらに、保持基板40は、個別液室11に対向する領域に保持基板凹部41が形成される。保持基板凹部41は保持基板40の堀加工により形成された空間で、内部に圧電素子24が配置されて圧電素子24が変位可能な稼働領域を形成している。 Further, the holding substrate 40 has a holding substrate recess 41 formed in a region facing the individual liquid chamber 11. The holding substrate recess 41 is a space formed by excavation of the holding substrate 40, and the piezoelectric element 24 is disposed therein to form an operation region in which the piezoelectric element 24 can be displaced.
この各保持基板凹部41は隣接する個別液室11ごとに区画され、保持基板隔壁42で隔てられている。この保持基板隔壁42は、流路基板隔壁16上で接合されることが好ましい。それにより、板厚の薄い流路基板10の剛性を高めることができ、圧電素子24を駆動した際の隣接液室間の相互干渉を低減することが可能となる。また、保持基板凹部41は個別液室11ごとに区画されるため、高密度化のためには高度な加工精度が要求され、300dpiヘッドにおいては保持基板隔壁幅42を5〜20μmとすることが望ましい。 Each holding substrate recess 41 is divided for each adjacent individual liquid chamber 11 and separated by a holding substrate partition wall 42. The holding substrate partition 42 is preferably bonded on the flow path substrate partition 16. Thereby, the rigidity of the thin channel substrate 10 can be increased, and the mutual interference between the adjacent liquid chambers when the piezoelectric element 24 is driven can be reduced. Further, since the holding substrate recess 41 is partitioned for each individual liquid chamber 11, high processing accuracy is required for high density, and in the 300 dpi head, the holding substrate partition width 42 should be 5 to 20 μm. desirable.
図4に本実施形態の保持基板40の模式図を示す。なお、図4(A)は共通液室基板側からの保持基板平面図、図4(B)は流路基板側からの保持基板平面図を示している。図4に示すように、保持基板凹部41を個別液室11毎(すなわち、圧電素子24毎)に形成し、各保持基板凹部41から見て保持基板開口部43とは反対側の側部からヘッド外部の大気へと連通する凹溝(第一溝部)44を設けている。この凹溝44によって各圧電素子24上の空間(各保持基板凹部41)を大気へ連通させることで、温度が変化しても空間の圧力が変化するのを抑制することが可能となる。また、図4に示すように、凹溝44は保持基板40の流路基板10側の面に設けられることが好ましい。 FIG. 4 shows a schematic diagram of the holding substrate 40 of the present embodiment. 4A shows a holding substrate plan view from the common liquid chamber substrate side, and FIG. 4B shows a holding substrate plan view from the flow path substrate side. As shown in FIG. 4, the holding substrate recess 41 is formed for each individual liquid chamber 11 (that is, for each piezoelectric element 24), and viewed from each holding substrate recess 41 from the side opposite to the holding substrate opening 43. A concave groove (first groove portion) 44 communicating with the atmosphere outside the head is provided. By connecting the spaces (respective holding substrate recesses 41) on the piezoelectric elements 24 to the atmosphere by the concave grooves 44, it is possible to suppress the pressure of the spaces from changing even if the temperature changes. In addition, as shown in FIG. 4, the concave groove 44 is preferably provided on the surface of the holding substrate 40 on the flow path substrate 10 side.
(製造方法)
以下、インクジェット記録ヘッド100の製造方法の具体例を説明する。直径6インチ、厚さ600μmのシリコンウェハ上に、SiO20.6μm、Si1.5μm、SiO20.4μmを積層することで3層構成の振動板13を形成した後に、下部電極21としてTi20nm、Pt200nmをスパッタリング法で成膜した。
(Production method)
Hereinafter, a specific example of a method for manufacturing the ink jet recording head 100 will be described. After a diaphragm 13 having a three-layer structure is formed by laminating SiO 2 0.6 μm, Si 1.5 μm, and SiO 2 0.4 μm on a silicon wafer having a diameter of 6 inches and a thickness of 600 μm, Ti 20 nm is formed as the lower electrode 21. , Pt 200 nm was formed by sputtering.
次に、下部電極21上にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を有機金属溶液に用いたゾルゲル法で厚さ2μm成膜した後、700℃で焼成し、PZTの圧電体膜を形成した(圧電体22)。その後、圧電体膜上にPtを200nmスパッタリング法で成膜し、上部電極23とした。 Next, after forming a 2 μm thick film of lead zirconate titanate (PZT) on the lower electrode 21 by a sol-gel method using an organometallic solution, the film was baked at 700 ° C. to form a piezoelectric film of PZT (piezoelectric). Body 22). Thereafter, Pt was deposited on the piezoelectric film by a 200 nm sputtering method to form the upper electrode 23.
次に、上部電極23形成後に、上部電極23、圧電体22、下部電極21をドライエッチング法でパターニングすることで、図2、図3に示した配列をした圧電素子パターンを形成した。 Next, after the upper electrode 23 was formed, the upper electrode 23, the piezoelectric body 22, and the lower electrode 21 were patterned by a dry etching method to form a piezoelectric element pattern having the arrangement shown in FIGS.
なお、圧電素子24の配列ピッチは85μmとし、圧電体22の幅は50μmとした。また、圧電素子24の長手方向の長さは1000μmとした。圧電素子24の配列数は300個とした。 The arrangement pitch of the piezoelectric elements 24 was 85 μm, and the width of the piezoelectric body 22 was 50 μm. The length of the piezoelectric element 24 in the longitudinal direction was 1000 μm. The number of arrangement of the piezoelectric elements 24 was 300.
圧電素子24の形成後に、プラズマCVD法により、第一絶縁膜29(層間絶縁膜)を成膜し、上部電極23上に個別電極コンタクトホール14、共通電極コンタクトホール15を第一絶縁膜29に形成後、Ti50nmとAl500nmを順次積層しドライエッチングすることで、個別電極配線25および共通電極配線27をパターン形成した。なお、電極パターンは図2に示した通りであり、共通電極配線27の幅は300μmである。 After forming the piezoelectric element 24, a first insulating film 29 (interlayer insulating film) is formed by plasma CVD, and the individual electrode contact hole 14 and the common electrode contact hole 15 are formed on the first insulating film 29 on the upper electrode 23. After the formation, Ti 50 nm and Al 500 nm were sequentially stacked and dry-etched, whereby the individual electrode wiring 25 and the common electrode wiring 27 were pattern-formed. The electrode pattern is as shown in FIG. 2, and the width of the common electrode wiring 27 is 300 μm.
その後、図2に示すインク供給口17部分の振動板13をドライエッチングで除去し、流路基板10にインク供給口17を形成し、流路基板10を完成させる。 2 is removed by dry etching, the ink supply port 17 is formed in the flow path substrate 10, and the flow path substrate 10 is completed.
次に、保持基板凹部41、保持基板開口部43、凹溝44を有する保持基板40を、直径6インチのシリコンウェハを用いて形成した。まず、シリコンウエハを厚さ400μmに研磨し、流路基板10側に酸化膜などを形成する。 Next, the holding substrate 40 having the holding substrate recess 41, the holding substrate opening 43, and the groove 44 was formed using a silicon wafer having a diameter of 6 inches. First, the silicon wafer is polished to a thickness of 400 μm, and an oxide film or the like is formed on the flow path substrate 10 side.
その後、その酸化膜を、保持基板凹部41および保持基板開口部43が開口するようにフォトリソグラフィでパターニングする。さらに、その上にレジストを形成し、保持基板開口部43だけが開口するようにレジストをフォトリソグラフィでパターニングする。 Thereafter, the oxide film is patterned by photolithography so that the holding substrate recess 41 and the holding substrate opening 43 are opened. Further, a resist is formed thereon, and the resist is patterned by photolithography so that only the holding substrate opening 43 is opened.
そして、ICPエッチングで流路基板10側から保持基板開口部43を貫通形成する。その後、流路基板10側のレジストのみを除去し、はじめにパターニングした酸化膜パターンをマスクとして、流路基板10側をICPエッチングでハーフエッチングする。最後に酸化膜を除去すると、流路基板10側のインク供給口17と貫通した保持基板開口部43を形成することができる。 Then, the holding substrate opening 43 is formed through from the flow path substrate 10 side by ICP etching. Thereafter, only the resist on the flow path substrate 10 side is removed, and the flow path substrate 10 side is half-etched by ICP etching using the first patterned oxide film pattern as a mask. When the oxide film is finally removed, the holding substrate opening 43 penetrating the ink supply port 17 on the flow path substrate 10 side can be formed.
また、図4に示したように、保持基板凹部41を個別液室11毎(すなわち、圧電素子24毎)に形成し、各保持基板凹部41から保持基板開口部43とは反対側へ連通する凹溝(第一溝部)44を形成した。また、保持基板隔壁42の幅を10μmとした。 Further, as shown in FIG. 4, the holding substrate recess 41 is formed for each individual liquid chamber 11 (that is, for each piezoelectric element 24), and communicates from each holding substrate recess 41 to the side opposite to the holding substrate opening 43. A concave groove (first groove portion) 44 was formed. The width of the holding substrate partition wall 42 was 10 μm.
この保持基板40によれば、シリコンICPエッチングであるので高い加工精度が得られ、また剛性も十分確保できるので、小型高密度化および高速化に対応することが可能となる。また、この保持基板40をDFRなどで作成するよりもコストを安くすることができ、樹脂に比べて耐インク性や耐透湿性も良好である。 According to the holding substrate 40, since it is silicon ICP etching, high processing accuracy is obtained and sufficient rigidity can be ensured, so that it is possible to cope with downsizing, high density and high speed. Further, the cost can be reduced as compared with the case where the holding substrate 40 is made of DFR or the like, and the ink resistance and moisture permeability resistance are better than those of the resin.
作成した保持基板40の接合面にエポキシ系接着剤をフレキソ印刷機で膜厚2μmで塗布して接合し、接着剤を硬化することで流路基板10と接合した。その後、600μmの流路基板10を80μmまで研磨した後に、個別液室11、インク供給路12をICPドライエッチング法で形成した。 An epoxy-based adhesive was applied and bonded to the bonding surface of the prepared holding substrate 40 with a flexographic printing machine at a film thickness of 2 μm, and the adhesive was cured to bond to the flow path substrate 10. Thereafter, the 600 μm channel substrate 10 was polished to 80 μm, and then the individual liquid chamber 11 and the ink supply channel 12 were formed by ICP dry etching.
個別液室11の幅は60μmとし、インク供給路12の幅は30μm、長さは300μmとした。インク供給路12および個別液室11のエッチングは振動板13に到達するまで行い同一の高さとした。また、インク供給口43部分の振動板13は、事前にエッチングしたため、貫通口を形成することができる。 The width of the individual liquid chamber 11 was 60 μm, the width of the ink supply path 12 was 30 μm, and the length was 300 μm. Etching of the ink supply path 12 and the individual liquid chamber 11 was performed until reaching the vibration plate 13 to have the same height. Moreover, since the diaphragm 13 in the ink supply port 43 is etched in advance, a through-hole can be formed.
また、ウェハをダイシングによりチップに切り出した後に、保持基板40と同様の手法でノズルプレート1と流路基板10を接合した。ノズルプレート1は厚さ30μmのSUS材にプレス加工で直径20μmのノズルを85μmピッチで形成したものを用いた。 Further, after cutting the wafer into chips by dicing, the nozzle plate 1 and the flow path substrate 10 were joined by the same method as the holding substrate 40. As the nozzle plate 1, a SUS material having a thickness of 30 μm formed by pressing a nozzle having a diameter of 20 μm at a pitch of 85 μm was used.
さらに、保持基板40の流路基板10の反対側には、図1に示したように、SUS製の共通液室基板50を接合し、図示しないインクタンクと接続し、個別電極パッド26部にACF接合にて、駆動IC60を実装したTABを接合することでインクジェット記録ヘッド100とした。 Further, as shown in FIG. 1, a common liquid chamber substrate 50 made of SUS is bonded to the opposite side of the flow path substrate 10 of the holding substrate 40, and connected to an ink tank (not shown). The inkjet recording head 100 was obtained by bonding TAB mounted with the driving IC 60 by ACF bonding.
以上説明した本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド100によれば、保持基板凹部41を個別液室11(圧電素子24)に対応するように形成し、各保持基板凹部41から保持基板開口部43とは反対側から大気へと連通する凹溝(第一溝部44)が設けられているので、凹溝44によって各圧電素子24上の空間(各保持基板凹部41)を大気へ連通させることができ、温度変化等による圧電素子周囲空間の圧力変動を抑制することができる。 According to the ink jet recording head 100 according to the present embodiment described above, the holding substrate recess 41 is formed so as to correspond to the individual liquid chamber 11 (piezoelectric element 24), and each holding substrate recess 41 is connected to the holding substrate opening 43. Is provided with a concave groove (first groove portion 44) communicating with the atmosphere from the opposite side, so that the space (each holding substrate concave portion 41) on each piezoelectric element 24 can be communicated with the atmosphere by the concave groove 44. In addition, pressure fluctuations in the space around the piezoelectric element due to temperature changes or the like can be suppressed.
また、シリコンICPエッチングであるので高い加工精度が得られ、また剛性も十分確保できるので、高速化に対応可能であって、かつ、小型化および高密度化を図ることができる。さらに、保持基板をDFRなどで作成するよりもコストを安くすることができ、樹脂に比べて耐インク性や耐透湿性も良好なものとすることができる。 In addition, since silicon ICP etching is used, high processing accuracy can be obtained and sufficient rigidity can be ensured, so that it is possible to cope with high speed, and miniaturization and high density can be achieved. Further, the cost can be reduced as compared with the case where the holding substrate is made of DFR or the like, and the ink resistance and moisture permeability resistance can be improved as compared with the resin.
<第2の実施形態>
以下、本発明に係る液滴吐出ヘッドのその他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は省略する。なお、製造方法については上記第1の実施形態と同様の方法によれば良い。
<Second Embodiment>
Hereinafter, other embodiments of the droplet discharge head according to the present invention will be described. In addition, the description about the same point as the said embodiment is abbreviate | omitted. The manufacturing method may be the same method as in the first embodiment.
図5に第2の実施形態の保持基板40の模式図を示す。なお、図5(A)は共通液室基板側からの保持基板平面図、図5(B)は流路基板側からの保持基板平面図を示している。 FIG. 5 shows a schematic diagram of the holding substrate 40 of the second embodiment. 5A shows a holding substrate plan view from the common liquid chamber substrate side, and FIG. 5B shows a holding substrate plan view from the flow path substrate side.
本実施形態では、凹溝(第一溝部)44と共に、各圧電素子24に対応して形成される各保持基板凹部41を、それぞれ隣接する保持基板凹部41同士で連通する凹溝(第二溝部)45を更に備えたものである。なお、形成方法は、第一溝部44と同様の方法に寄れば良い。 In the present embodiment, each holding substrate recess 41 formed corresponding to each piezoelectric element 24 together with the groove (first groove) 44 is a recess groove (second groove portion) communicating with the holding substrate recesses 41 adjacent to each other. ) 45 is further provided. The forming method may be the same method as that for the first groove portion 44.
本実施形態によれば、隣接する凹部41同士を連通させることで、上記第1の実施形態の効果に併せて、隣接する凹部41間の圧力差をより少なくすることが可能となる。 According to this embodiment, it becomes possible to reduce the pressure difference between the adjacent recessed parts 41 by connecting the adjacent recessed parts 41 with the effect of the said 1st Embodiment.
<第3の実施形態>
図6に第3の実施形態の保持基板40の模式図を示す。なお、図6(A)は共通液室基板側からの保持基板平面図、図6(B)は流路基板側からの保持基板平面図を示している。
<Third Embodiment>
FIG. 6 shows a schematic diagram of the holding substrate 40 of the third embodiment. 6A shows a holding substrate plan view from the common liquid chamber substrate side, and FIG. 6B shows a holding substrate plan view from the flow path substrate side.
本実施形態では、第2の実施形態と同様に、凹溝(第二溝部)45を備え、第二溝部45を、隣接する凹部41のない両端部の凹部41から、さらに大気へ連通させた構成としたものである。 In the present embodiment, similarly to the second embodiment, a concave groove (second groove portion) 45 is provided, and the second groove portion 45 is further communicated to the atmosphere from the concave portions 41 at both ends without the adjacent concave portions 41. It is a configuration.
本実施形態によれば、各凹部41から第一溝部44で大気に連通させることに加え、第二溝部45により両端部の凹部41からも大気へ連通させているので、上記第1〜第2の実施形態の効果に併せて、隣接する凹部間の圧力差をさらに少なくすることが可能となる。 According to the present embodiment, in addition to communicating with the atmosphere from each recess 41 through the first groove 44, the second groove 45 also communicates with the atmosphere from the recess 41 at both ends. In addition to the effect of the embodiment, it is possible to further reduce the pressure difference between the adjacent recesses.
<第4の実施形態>
図7に第4の実施形態の保持基板40の模式図を示す。なお、図7(A)は共通液室基板側からの保持基板平面図、図7(B)は流路基板側からの保持基板平面図を示している。
<Fourth Embodiment>
FIG. 7 shows a schematic diagram of the holding substrate 40 of the fourth embodiment. 7A shows a holding substrate plan view from the common liquid chamber substrate side, and FIG. 7B shows a holding substrate plan view from the flow path substrate side.
第1〜第3の実施形態では、圧電素子24上の凹部41から保持基板開口部43とは反対側へ凹溝(第一溝部)44を設けているが、例えば、圧電素子24上の凹部41から保持基板開口部43とは反対側を、樹脂などで封入する必要がある場合等において、凹溝44が埋まってしまったり、また逆流してしまったりすることが想定される場合など、凹溝(第一溝部)44を設けることが困難な場合がある。 In the first to third embodiments, the concave groove (first groove portion) 44 is provided from the concave portion 41 on the piezoelectric element 24 to the side opposite to the holding substrate opening 43. For example, the concave portion on the piezoelectric element 24 is provided. In the case where it is necessary to enclose the opposite side of the holding substrate opening 43 from 41 with a resin or the like, the concave groove 44 may be buried, or it may be counterflowed. It may be difficult to provide the groove (first groove portion) 44.
そこで本実施形態では、凹溝(第一溝部)44を設けず、凹部41間を連通する凹溝(第二溝部)45のみを設け、第3の実施形態と同様に、凹溝(第二溝部)45の両端部から大気へ連通させるようにしている。 Therefore, in the present embodiment, the concave groove (first groove portion) 44 is not provided, but only the concave groove (second groove portion) 45 communicating between the concave portions 41 is provided, and the concave groove (second groove portion) is provided as in the third embodiment. Grooves) 45 are communicated to the atmosphere from both ends.
本実施形態によれば、凹溝(第一溝部)44を設けることが困難な場合であっても、隣接する凹部間の圧力差を少なくすることが可能となる。 According to this embodiment, even when it is difficult to provide the concave groove (first groove portion) 44, it is possible to reduce the pressure difference between the adjacent concave portions.
<第5の実施形態>
次に、本発明に係るインクカートリッジの一実施形態について説明する。以上説明した実施形態に係る液滴吐出ヘッドは、これを備えたヘッド一体型インクカートリッジ(液滴吐出ヘッド一体型カートリッジ)とすることが好ましい。
<Fifth Embodiment>
Next, an embodiment of the ink cartridge according to the present invention will be described. The droplet discharge head according to the embodiment described above is preferably a head-integrated ink cartridge (droplet discharge head-integrated cartridge) provided with the droplet discharge head.
図8は、インクカートリッジ90の一例を示す模式図である。このインクカートリッジ90は、ノズル2等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェット記録ヘッド100と、このインクジェット記録ヘッド100にインクを供給するインクタンク91とを一体化したものである。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of the ink cartridge 90. The ink cartridge 90 is obtained by integrating the ink jet recording head 100 according to any of the above embodiments having the nozzles 2 and the like, and an ink tank 91 that supplies ink to the ink jet recording head 100.
このインクタンク一体型のインクカートリッジ90では、上記のインクジェット記録ヘッド100を搭載しているため、印刷速度の高速化および高画質化を併せて実現できるインクカートリッジとすることができる。 Since the ink tank 90 integrated with the ink tank is equipped with the above-described ink jet recording head 100, it is possible to provide an ink cartridge that can realize both high printing speed and high image quality.
<第6の実施形態>
次に、本発明に係る画像形成装置の一実施形態について説明する。以上説明した実施形態に係る液滴吐出ヘッドまたはインクカートリッジを備えた画像形成装置(インクジェット記録装置)とすることが好ましい。
<Sixth Embodiment>
Next, an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention will be described. The image forming apparatus (inkjet recording apparatus) including the droplet discharge head or the ink cartridge according to the embodiment described above is preferable.
本実施形態に係るインクジェット記録装置について図9及び図10を参照して説明する。なお、図9は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図10は同機構部の要部平面説明図である。なお、本実施形態では、液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置(インクジェット記録装置)について説明する。 The ink jet recording apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a schematic configuration diagram for explaining the overall configuration of the mechanism portion of the apparatus, and FIG. 10 is a plan view for explaining a main portion of the mechanism portion. In the present embodiment, an image forming apparatus (inkjet recording apparatus) provided with a droplet discharge head will be described.
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板221A、221Bに横架したガイド部材である主従のガイドロッド231、232でキャリッジ233を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。 This image forming apparatus is a serial type image forming apparatus, and a carriage 233 is slidably held in the main scanning direction by main and slave guide rods 231 and 232 which are guide members horizontally mounted on the left and right side plates 221A and 221B. The main scanning motor that does not perform moving scanning in the direction indicated by the arrow (carriage main scanning direction) via the timing belt.
このキャリッジ233には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液滴吐出ヘッドユニットからなる記録ヘッド234を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列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。 The carriage 233 is provided with a recording head 234 including a droplet discharge head unit according to the present invention for discharging ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K). A nozzle row composed of a plurality of nozzles is arranged in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, and is mounted with the ink droplet ejection direction facing downward.
記録ヘッド234は、それぞれ2つのノズル列を有する液滴吐出ヘッド234a、234bを1つのベース部材に取り付けて構成したもので、一方のヘッド234aの一方のノズル列はブラック(K)の液滴を、他方のノズル列はシアン(C)の液滴を、他方のヘッド234bの一方のノズル列はマゼンタ(M)の液滴を、他方のノズル列はイエロー(Y)の液滴を、それぞれ吐出する。 The recording head 234 is configured by attaching droplet discharge heads 234a and 234b each having two nozzle rows to one base member, and one nozzle row of one head 234a receives black (K) droplets. The other nozzle row ejects cyan (C) droplets, the other nozzle row of the other head 234b ejects magenta (M) droplets, and the other nozzle row ejects yellow (Y) droplets. To do.
なお、ここでは2ヘッド構成で4色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液滴吐出ヘッドを備えることもできる。また、キャリッジ233には、記録ヘッド234のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク235a、235b(区別しないときは、サブタンク235という)を搭載している。このサブタンク235には各色の供給チューブ236を介して、供給ユニット224によって各色のインクカートリッジ210(210k,210c,210m,210y)から各色のインクが補充供給される。 Note that, here, a two-head configuration is used to eject droplets of four colors, but a droplet ejection head for each color can also be provided. The carriage 233 is equipped with sub tanks 235a and 235b (referred to as sub tanks 235 when not distinguished) for supplying ink of each color corresponding to the nozzle rows of the recording head 234. The sub tank 235 is supplied with ink of each color from the ink cartridges 210 (210k, 210c, 210m, 210y) of each color via a supply tube 236 of each color.
一方、給紙トレイ202の用紙積載部(圧板)241上に積載した用紙242を給紙するための給紙部として、用紙積載部241から用紙242を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)243及び給紙コロ243に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド244を備え、この分離パッド244は給紙コロ243側に付勢されている。 On the other hand, as a paper feed unit for feeding the paper 242 loaded on the paper stacking unit (pressure plate) 241 of the paper feed tray 202, a half-moon roller (feed) that feeds the paper 242 from the paper stacking unit 241 one by one. A separation pad 244 made of a material having a large coefficient of friction is provided opposite to the sheet roller 243 and the sheet feeding roller 243, and the separation pad 244 is urged toward the sheet feeding roller 243 side.
そして、この給紙部から給紙された用紙242を記録ヘッド234の下方側に送り込むために、用紙242を案内するガイド部材245と、カウンタローラ246と、搬送ガイド部材247と、先端加圧コロ249を有する押さえ部材248とを備えるとともに、給送された用紙242を静電吸着して記録ヘッド234に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト251を備えている。 In order to feed the sheet 242 fed from the sheet feeding unit to the lower side of the recording head 234, a guide member 245 for guiding the sheet 242, a counter roller 246, a conveyance guide member 247, and a tip pressure roller. And a conveying belt 251 which is a conveying means for electrostatically attracting the fed paper 242 and conveying it at a position facing the recording head 234.
この搬送ベルト251は、無端状ベルトであり、搬送ローラ252とテンションローラ253との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。また、この搬送ベルト251の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ256を備えている。この帯電ローラ256は、搬送ベルト251の表層に接触し、搬送ベルト251の回動に従動して回転するように配置されている。 The conveyor belt 251 is an endless belt, and is configured to wrap around the conveyor roller 252 and the tension roller 253 so as to circulate in the belt conveyance direction (sub-scanning direction). In addition, a charging roller 256 that is a charging unit for charging the surface of the transport belt 251 is provided. The charging roller 256 is disposed so as to come into contact with the surface layer of the conveyor belt 251 and to rotate following the rotation of the conveyor belt 251.
この搬送ベルト251は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ252が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。さらに、記録ヘッド234で記録された用紙242を排紙するための排紙部として、搬送ベルト251から用紙242を分離するための分離爪261と、排紙ローラ262及び排紙コロ263とを備え、排紙ローラ262の下方に排紙トレイ203を備えている。 The transport belt 251 rotates in the belt transport direction when the transport roller 252 is rotationally driven through timing by a sub-scanning motor (not shown). Further, as a paper discharge unit for discharging the paper 242 recorded by the recording head 234, a separation claw 261 for separating the paper 242 from the transport belt 251, a paper discharge roller 262, and a paper discharge roller 263 are provided. A paper discharge tray 203 is provided below the paper discharge roller 262.
また、装置本体の背面部には両面ユニット271が着脱自在に装着されている。この両面ユニット271は搬送ベルト251の逆方向回転で戻される用紙242を取り込んで反転させて再度カウンタローラ246と搬送ベルト251との間に給紙する。また、この両面ユニット271の上面は手差しトレイ272としている。 A double-sided unit 271 is detachably attached to the back surface of the apparatus main body. The duplex unit 271 takes in the paper 242 returned by the reverse rotation of the transport belt 251, reverses it, and feeds it again between the counter roller 246 and the transport belt 251. The upper surface of the duplex unit 271 is a manual feed tray 272.
さらに、キャリッジ233の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド234のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構281を配置している。この維持回復機構281には、記録ヘッド234の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材(以下、キャップ)282a、282b(区別しないときは、キャップ282という)と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード283と、増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け284などを備えている。 Further, a maintenance / recovery mechanism 281 for maintaining and recovering the nozzle state of the recording head 234 is disposed in a non-printing area on one side in the scanning direction of the carriage 233. The maintenance / recovery mechanism 281 includes cap members (hereinafter referred to as caps) 282a and 282b (hereinafter referred to as caps 282 when not distinguished) and caps for wiping the nozzle surfaces. A wiper blade 283, which is a blade member, and a blank discharge receptacle 284 that receives droplets when performing blank discharge for discharging droplets that do not contribute to recording in order to discharge thickened ink are provided.
また、キャリッジ233の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け288を配置し、この空吐出受け288には記録ヘッド234のノズル列方向に沿った開口部289などを備えている。 In addition, in the non-printing area on the other side of the carriage 233 in the scanning direction, idle ejection that receives droplets when performing idle ejection that ejects droplets that do not contribute to recording in order to discharge ink that has been thickened during recording or the like. A receiver 288 is disposed, and the idle discharge receiver 288 is provided with an opening 289 along the nozzle row direction of the recording head 234 and the like.
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ202から用紙242が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙242はガイド245で案内され、搬送ベルト251とカウンタローラ246との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド237で案内されて先端加圧コロ249で搬送ベルト251に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。 In this image forming apparatus configured as described above, the sheets 242 are separated and fed one by one from the sheet feeding tray 202, and the sheet 242 fed substantially vertically upward is guided by the guide 245, and is conveyed to the conveyor belt 251 and the counter. It is sandwiched between the rollers 246 and conveyed, and further, the leading end is guided by the conveying guide 237 and pressed against the conveying belt 251 by the leading end pressing roller 249, and the conveying direction is changed by approximately 90 °.
このとき、帯電ローラ256に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト251が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。 At this time, a positive output and a negative output are alternately applied to the charging roller 256, that is, an alternating voltage is applied, and a charging voltage pattern in which the conveying belt 251 alternates, that is, in the sub-scanning direction that is the circumferential direction. , Plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width.
このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト251上に用紙242が給送されると、用紙242が搬送ベルト251に吸着され、搬送ベルト251の周回移動によって用紙242が副走査方向に搬送される。 When the sheet 242 is fed onto the conveyance belt 251 charged alternately with plus and minus, the sheet 242 is attracted to the conveyance belt 251, and the sheet 242 is conveyed in the sub scanning direction by the circumferential movement of the conveyance belt 251.
そこで、キャリッジ233を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド234を駆動することにより、停止している用紙242にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙242を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙242の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙242を排紙トレイ203に排紙する。 Therefore, by driving the recording head 234 according to the image signal while moving the carriage 233, ink droplets are ejected onto the stopped paper 242 to record one line, and after the paper 242 is conveyed by a predetermined amount, Record the next line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 242 has reached the recording area, the recording operation is finished and the paper 242 is discharged onto the paper discharge tray 203.
このように、このインクジェット記録装置においては、上記実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを備えているので、圧電素子上の空間の圧力変動を抑制することが可能となる。また、小型高密度化および高速化に対応できる。 As described above, since the ink jet recording apparatus includes the ink jet recording head according to the above-described embodiment, it is possible to suppress the pressure fluctuation in the space on the piezoelectric element. In addition, it can cope with small size, high density and high speed.
<第7の実施形態>
次に、本発明に係る画像形成装置の他の実施形態について説明する。図11は機構部全体の概略構成図である。
<Seventh Embodiment>
Next, another embodiment of the image forming apparatus according to the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic configuration diagram of the entire mechanism unit.
この画像形成装置は、ライン型画像形成装置であり、装置本体401の内部に画像形成部402等を有し、装置本体401の下方側に多数枚の記録媒体(用紙)403を積載可能な給紙トレイ404を備え、この給紙トレイ404から給紙される用紙403を取り込み、搬送機構405によって用紙403を搬送しながら画像形成部402によって所要の画像を記録した後、装置本体401の側方に装着された排紙トレイ406に用紙403を排紙する。 This image forming apparatus is a line type image forming apparatus, has an image forming unit 402 and the like inside the apparatus main body 401, and can supply a large number of recording media (sheets) 403 on the lower side of the apparatus main body 401. A paper tray 404 is provided, a sheet 403 fed from the sheet feeding tray 404 is taken in, a required image is recorded by the image forming unit 402 while the sheet 403 is conveyed by the conveying mechanism 405, and then the side of the apparatus main body 401. The paper 403 is discharged to a paper discharge tray 406 attached to the printer.
また、装置本体401に対して着脱可能な両面ユニット407を備え、両面印刷を行うときには、一面(表面)印刷終了後、搬送機構405によって用紙403を逆方向に搬送しながら両面ユニット407内に取り込み、反転させて他面(裏面)を印刷可能面として再度搬送機構405に送り込み、他面(裏面)印刷終了後排紙トレイ406に用紙403を排紙する。 Also, a duplex unit 407 that can be attached to and detached from the apparatus main body 401 is provided, and when performing duplex printing, the sheet 403 is conveyed into the duplex unit 407 while being transported in the reverse direction by the transport mechanism 405 after one-side (front) printing is completed. Then, the other side (back side) is sent back to the transport mechanism 405 as the printable side, and the paper 403 is discharged to the paper discharge tray 406 after the other side (back side) printing is completed.
ここで、画像形成部402は、例えばブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の液滴を吐出する、フルライン型の4個の本発明に係る液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド411k、411c、411m、411y(色を区別しないときには、記録ヘッド411という)を備え、各記録ヘッド411は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ413に装着している。 Here, the image forming unit 402 is, for example, four full-line liquids according to the present invention that discharge droplets of each color of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). The recording heads 411k, 411c, 411m, and 411y (which are referred to as recording heads 411 when not distinguishing colors) are configured with droplet discharge heads, and each recording head 411 has a nozzle surface on which nozzles for discharging droplets are directed downward. The head holder 413 is attached.
また、各記録ヘッド411に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構412k、412c、412m、412y(色を区別しないときには、維持回復機構412という)を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド411と維持回復機構412とを相対的に移動させて、記録ヘッド411のノズル面に維持回復機構412を構成するキャッピング部材などを対向させる。 In addition, a maintenance / recovery mechanism 412k, 412c, 412m, 412y (referred to as a maintenance / recovery mechanism 412 when not distinguishing colors) for maintaining and recovering the head performance corresponding to each recording head 411 is provided, and purge processing and wiping processing are provided. During the head performance maintenance operation such as the above, the recording head 411 and the maintenance / recovery mechanism 412 are relatively moved so that the capping member constituting the maintenance / recovery mechanism 412 faces the nozzle surface of the recording head 411.
なお、ここでは、記録ヘッド411は、用紙搬送方向上流側から、ブランク、シアン、マゼンタ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた1又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドにインクを供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。 Here, the recording head 411 is arranged to eject droplets of each color in the order of blank, cyan, magenta, and yellow from the upstream side in the paper conveyance direction, but the arrangement and the number of colors are not limited to this. Further, as the line-type head, one or a plurality of heads provided with a plurality of nozzle rows for discharging droplets of each color at a predetermined interval can be used. A head and a recording liquid cartridge for supplying ink to the heads It can be integrated or separate.
給紙トレイ404の用紙403は、給紙コロ(半月コロ)421と図示しない分離パッドによって1枚ずつ分離され装置本体401内に給紙され、搬送ガイド部材423のガイド面423aに沿ってレジストローラ425と搬送ベルト433との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材426を介して搬送機構405の搬送ベルト433に送り込まれる。 The paper 403 in the paper feed tray 404 is separated one by one by a paper feed roller (half-moon roller) 421 and a separation pad (not shown) and fed into the apparatus main body 401, and is registered along the guide surface 423 a of the transport guide member 423. It is sent between 425 and the conveyor belt 433, and is sent to the conveyor belt 433 of the conveyor mechanism 405 via the guide member 426 at a predetermined timing.
また、搬送ガイド部材423には両面ユニット407から送り出される用紙403を案内するガイド面423bも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構405から戻される用紙403を両面ユニット407に案内するガイド部材427も配置している。 In addition, the conveyance guide member 423 is also formed with a guide surface 423 b for guiding the paper 403 sent out from the duplex unit 407. Further, a guide member 427 for guiding the sheet 403 returned from the transport mechanism 405 to the duplex unit 407 during duplex printing is also provided.
搬送機構405は、駆動ローラである搬送ローラ431と従動ローラ432との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト433と、この搬送ベルト433を帯電させるための帯電ローラ434と、画像形成部402に対向する部分で搬送ベルト433の平面性を維持するプラテン部材435と、搬送ベルト433から送り出す用紙403を搬送ローラ431側に押し付ける押さえコロ436と、その他図示しないが、搬送ベルト433に付着したインクを除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなるクリーニングローラなどを有している。 The conveyance mechanism 405 includes an endless conveyance belt 433 that is stretched between a conveyance roller 431 that is a driving roller and a driven roller 432, a charging roller 434 that charges the conveyance belt 433, and an image forming unit 402. A platen member 435 that maintains the flatness of the conveying belt 433 at the opposite portion, a pressing roller 436 that presses the paper 403 fed from the conveying belt 433 against the conveying roller 431 side, and other ink (not shown) that adheres to the conveying belt 433. It has a cleaning roller made of a porous body or the like as a cleaning means for removing.
この搬送機構405の下流側には、画像が記録された用紙403を排紙トレイ406に送り出すための排紙ローラ438及び拍車439を備えている。 On the downstream side of the transport mechanism 405, a paper discharge roller 438 and a spur 439 for sending the paper 403 on which an image is recorded to the paper discharge tray 406 are provided.
このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト433は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ434と接触することで帯電され、この高電位に帯電した搬送ベルト433上に用紙403が給送されると、用紙403は搬送ベルト433に静電的に吸着される。 In the image forming apparatus configured as described above, the conveyance belt 433 moves in the direction indicated by the arrow, and is charged by contact with the charging roller 434 to which a high potential application voltage is applied. The conveyance belt is charged to this high potential. When the sheet 403 is fed onto the sheet 433, the sheet 403 is electrostatically attracted to the conveyance belt 433.
このようにして、搬送ベルト433に強力に吸着した用紙403は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。そして、搬送ベルト433を周回させて用紙403を移動させ、記録ヘッド411から液滴を吐出することで、用紙403上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙403は排紙ローラ438によって排紙トレイ406に排紙される。 In this way, the sheet 403 that is strongly adsorbed to the transport belt 433 is calibrated for warpage and unevenness, and forms a highly flat surface. Then, the paper 403 is moved around the conveyor belt 433 and droplets are ejected from the recording head 411, whereby a required image is formed on the paper 403, and the paper 403 on which the image has been recorded is the paper discharge roller 438. As a result, the paper is discharged to the paper discharge tray 406.
このように、このインクジェット記録装置においては、上記実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを備えているので、圧電素子上の空間の圧力変動を抑制することが可能となる。また、小型高密度化および高速化に対応できる。 As described above, since the ink jet recording apparatus includes the ink jet recording head according to the above-described embodiment, it is possible to suppress the pressure fluctuation in the space on the piezoelectric element. In addition, it can cope with small size, high density and high speed.
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することできる。 For example, in the above embodiment, the liquid droplet ejection head according to the present invention is applied to an ink jet head. However, a liquid droplet other than ink, for example, a liquid droplet ejection head that ejects a liquid resist for patterning, a gene analysis sample The present invention can also be applied to a droplet discharge head for discharging.
1 ノズルプレート
2 ノズル
10 流路基板
11 個別液室
12 インク供給路
13 振動板
14 コンタクトホール(個別電極)
15 コンタクトホール(共通電極)
16 流路基板隔壁
17 インク供給口
21 下部電極(共通電極)
22 圧電体
23 上部電極(個別電極)
24 圧電素子
25 個別電極配線
26 個別電極パッド
27 共通電極配線
28 共通電極パッド
29 第一絶縁膜
30 第二絶縁膜
40 保持基板
41 保持基板凹部
42 保持基板隔壁
43 保持基板開口部
44 凹溝(第一溝部)
45 凹溝(第二溝部)
50 共通液室基板
51 共通液室
60 駆動IC
61 駆動ICパッド
62 ワイヤ
90 インクカートリッジ
91 インクタンク
100 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle plate 2 Nozzle 10 Flow path board | substrate 11 Individual liquid chamber 12 Ink supply path 13 Diaphragm 14 Contact hole (individual electrode)
15 Contact hole (common electrode)
16 Channel board partition 17 Ink supply port 21 Lower electrode (common electrode)
22 Piezoelectric 23 Upper electrode (individual electrode)
24 piezoelectric element 25 individual electrode wiring 26 individual electrode pad 27 common electrode wiring 28 common electrode pad 29 first insulating film 30 second insulating film 40 holding substrate 41 holding substrate recess 42 holding substrate partition wall 43 holding substrate opening 44 concave groove (first) One groove)
45 Groove (second groove)
50 Common liquid chamber substrate 51 Common liquid chamber 60 Driving IC
61 driving IC pad 62 wire 90 ink cartridge 91 ink tank 100 inkjet recording head (droplet ejection head)
Claims (9)
該ノズルプレートと接合され、隔壁により区切られた複数の液室が設けられた流路基板と、
前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、
前記液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板と、
前記流路基板の前記ノズルプレートとは反対側に接合され、シリコンからなる保持基板と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記保持基板は、前記流路基板側の前記駆動手段に対向する位置に、該保持基板と前記流路基板とで囲まれる空間部を有し、
該空間部は、前記保持基板に設けられた溝部を介して大気と連通していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle plate provided with a plurality of nozzles for discharging liquid;
A flow path substrate provided with a plurality of liquid chambers bonded to the nozzle plate and separated by a partition;
Drive means for generating pressure to pressurize the liquid in the liquid chamber;
A diaphragm forming at least a part of the wall surface of the liquid chamber;
In a droplet discharge head comprising a holding substrate made of silicon bonded to the opposite side of the flow path substrate from the nozzle plate,
The holding substrate has a space portion surrounded by the holding substrate and the flow path substrate at a position facing the driving unit on the flow path substrate side,
The liquid droplet ejection head, wherein the space portion communicates with the atmosphere through a groove portion provided in the holding substrate.
該第二溝部が大気と連通していることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。 A plurality of the space portions are formed for each of the driving means , and the plurality of space portions communicate with each other via the second groove portion,
The droplet discharge head according to claim 1, wherein the second groove portion communicates with the atmosphere.
前記保持基板は、前記共通液室から前記流路基板へと開口する保持基板開口部を有し、
前記第一溝部は、前記空間部からみて、前記保持基板開口部に対向する側から大気と連通することを特徴とする請求項2から4までのいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。 A common liquid chamber substrate provided on the opposite side of the holding substrate to the flow path substrate and provided with a common liquid chamber;
The holding substrate has a holding substrate opening that opens from the common liquid chamber to the flow path substrate,
5. The liquid droplet ejection head according to claim 2, wherein the first groove portion communicates with the atmosphere from a side facing the holding substrate opening as viewed from the space portion.
該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクと、を備えたことを特徴とするインクカートリッジ。 A droplet discharge head according to any one of claims 1 to 7,
An ink cartridge comprising: an ink tank that supplies ink to the droplet discharge head.
An image forming apparatus comprising the liquid droplet ejection head according to claim 1 or the ink cartridge according to claim 8.
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