JP2004098535A - Liquid droplet jetting head, its manufacturing method, ink cartridge, and ink jet recording apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ、インクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、加圧室、液室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生する駆動手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００４】
これらの各種ヘッドの内でも、ノズル開口が形成されたノズルプレート（ノズル形成部材）と振動板とをスぺーサ（流路形成部材）の両面に接着して圧力室（液室）を形成し、振動板を圧電素子により変形させる方式のインクジェットヘッドは、インク滴を飛翔させるための駆動源として熱エネルギーを使用しないため熱によるインクの変質がなく、特に熱により劣化しやすいカラーインクを吐出させる上で利点がある。しかも、圧電振動子の変位量を調整してインク滴のインク量を自在に調節することが可能であるため、高品質なカラー印刷のためのインクジェット記録装置を構成するのに最適なヘッドである。
【０００５】
ところで、インクジェットヘッドは記録媒体上のドットをインク滴により構成する関係上、インク滴のサイズを小さくすることにより、極めて高い解像度での記録、印刷が可能である。
【０００６】
しかしながら、効率よく記録するためには、インク開口の数を多くする（ノズル数を多くする）必要があり、特に、圧電素子を駆動手段とするものにあっては、圧電素子のエネルギーを効率よく使用するために圧力室（加圧液室）を大きくする必要がある。このことは、ヘッドの小型化要請とは相反することである。このような相反する問題を解消するため、通常隣り合う圧力室を区画している壁（隔壁）を薄くすると共に圧力室の形状を長手方向に大きくして容積を稼ぐことが行われている。
【０００７】
このような圧力室やリザーバは、振動板とノズルプレートの間隔を所定の値に保持する部材である流路形成部材にて形成するが、上述したように、極めて小さく、しかも複雑な形状を備えた圧力室を形成する必要上、通常エッチング技術が使用されている。このような流路形成部材を形成する材料としては、感光性樹脂膜が使用されることが多いが、これは機械的強度が低いためクロストークや撓み等が生じ高い解像度を得ようとすると印字品質が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、比較的簡単な手法で微細な形状を高い精度で加工が可能なシリコン単結晶基板の異方性エッチングを用いた部品製作技術、いわゆるマイクロマシニング技術を適用してインクジェットヘッドを構成する部材を加工することが行われるようになっている。特に、結晶方位（１１０）の単結晶シリコン基板を流路形成部材に用いて、異方性エッチングを行って、圧力室やリザーバを形成することが行われる。単結晶シリコンを使用したスペーサは、機械的剛性が高いため、圧電素子の変形に伴う記録ヘッド全体のたわみを小さくできるとともに、エッチングを受けた壁面が表面に対してほぼ垂直であるため圧力室を均一に構成することが可能であるという大きな利点を備えている。
【０００９】
また、インク開口の数を多くする（ノズル数を多くする）必要ために、ノズル列を２列配置し、更にノズル密度を高めるために２列のノズルを千鳥状に配置することが行われている。この場合、ノズルが連通する加圧液室や加圧液室とノズルとを連通するノズル連通路も２列配置されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、流路形成部材に２列のノズル、ノズル連通路、加圧液室を配置する場合、各列のノズル連通路は隔壁によって分離されるが、この隔壁の対面する長さと隔壁の幅の寸法は滴吐出性能に大きな影響を及ぼし、隔壁の剛性が低いと各列間での相互干渉を引き起こして安定した吐出特性が得られなくなる。他方、隔壁の剛性を高くするために各列のノズル連通路の間隔を広くしすぎるとヘッドが大きくなる。
【００１１】
特にインクジェット記録装置においては、普通紙上に印字した場合、画像の色再現性、耐久性、耐光性、インク乾燥性、文字滲み（フェザリング）、色境界滲み（カラーブリード）、両面印刷性等、インクジェット記録装置特有の画質劣化問題が顕在しており、更に、普通紙にて高速印字しようとした場合には、これら全ての特性を満足して印刷することは極めて難しい課題となっている。
【００１２】
そこで、普通紙を使用した場合での従前の染料系インクに対する問題点を改善するために、着色剤として有機顔料、カーボンブラック等を用いる顔料系インクの使用が普通紙印字に対して検討、あるいは実用化がされている。顔料は、染料とは異なり水への溶解性がないため、通常は、顔料を分散剤とともに混合し、分散処理して水に安定分散させた状態の水性インクとして用いられる。
【００１３】
このような顔料系インクは粘度が高くなり、高粘度インクになるほど各列間での相互干渉を引き起こす場合が多くなる。これは、勿論、顔料系インクに限らず、粘度の高い液体を吐出する場合には同様の課題が生じる。
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、各列間での相互干渉を抑制して高い画像品質の記録を行うことができる小型の液滴吐出ヘッド及びその製造方法、このヘッドを一体化することで高い画像品質の記録を行うことができるインクカートリッジ、このヘッド又はインクカートリッジを搭載することで高品質画像を記録できるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、２列の加圧液室はノズルに連通する側の少なくとも一部が対向配置され、一方の列の加圧液室と他方の列の加圧液室が対向している長さと一方の列の加圧液室と他方の列の加圧液室との間の隔壁の幅の比が２０以下である構成としたものである。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、２列の加圧液室はノズルに連通する側の少なくとも一部が対向配置され、各列の加圧液室間の隔壁の幅が１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にある構成としたものである。
【００１７】
ここで、各本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、流路形成部材がシリコンで形成されていることが好ましい。また、各列の加圧液室の間に肉抜きパターンが設けられていることが好ましく、この場合、肉抜きパターンが所定ビット毎に他のパターンと異なることが好ましい。
【００１８】
また、同じ列の加圧液室間の隔壁の幅と加圧液室の高さの比（高さ／幅）が３以上６以下であることが好ましい。
【００１９】
さらに、加圧液室にはノズルに連通する側にノズル連通路が設けられていることが好ましく、このノズル連通路間の隔壁の幅と、この隔壁の加圧液室長手方向の長さとの比（長さ／幅）が８以下であることが好ましく、この場合、ノズル連通路の高さが６００μｍ以下であることが好ましい。さらに、加圧液室の壁面には酸化膜又は窒化チタン膜が形成されていることが好ましい。
【００２０】
また、液体の粘度が５ｃＰ（２５℃）以上のインクであることが好ましく、このインクは少なくとも、顔料、水溶性有機溶剤、炭素数８以上のポリオール又はグリコールエーテル及び水を含むことが好ましい。
【００２１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、流路形成部材はシリコンのドライエッチングによる深堀、又はドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して形成する構成としたものである。
【００２２】
ここで、異方性ウェットエッチングを併用する場合、シリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜、又はシリコン酸化膜、若しくはシリコン窒化膜をマスクとして行うことが好ましい。
【００２３】
本発明に係るインクカートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したものである。
【００２４】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出させる本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッド、又は本発明に係るインクジェットヘッド一体型のインクカートリッジを備えるものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明の液滴吐出ヘッドの実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００２６】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成部材である流路板１と、この流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４が連通するノズル連通路（連通管）５を含むインク流路である加圧液室６、加圧液室６にインクを供給するための共通液室８にインク供給口９を介して連通する流体抵抗部となるインク供給路７を形成している。これらのノズル４、ノズル連通路５、加圧液室６、インク供給路７は、それぞれ２列、千鳥状に配置し、以下では、一方の列をノズル列４Ａと称し、他方の列をノズル列４Ｂと称することとする。
【００２７】
そして、振動板２の外面側（液室と反対面側）に各加圧液室６に対応して加圧液室６内のインクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を接合し、この圧電素子１２をベース基板１３に接合している。ベース基板１３はチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板を用いている。
【００２８】
また、圧電素子１２の間には加圧液室６、６間の隔壁部６ａに対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４して形成している。支柱部１４も構成は圧電素子１２と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２９】
さらに、振動板１２の外周部はフレーム部材１６にギャップ材を含む接着剤１７にて接合している。このフレーム部材１６には、共通液室８となる凹部、この共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１８（図４照）を形成している。このフレーム部材１６は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００３０】
ここで、流路板１は、後述するように、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板をドライエッチングによる深堀と水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、ＴＭＡＨ液などのエッチング液を用いた異方性エッチングとを併用することで、ノズル連通路５、加圧液室６、インク供給路７となる凹部や穴部を形成したものである。
【００３１】
そして、流路板１のインクに接する面（液流路の壁面）となるノズル連通路５、加圧液室６、インク供給路７の各壁面には酸化膜、窒化チタン膜或いはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜１０を成膜している。このような耐液性薄膜１０を形成することで、シリコン基板からなる流路板１０がインクに対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくく、安定した滴吐出が可能になる。
【００３２】
また、この流路板１には、図５ないし図７をも参照して、ノズル板接合面側及び振動板接合面側にそれぞれ接着剤逃がし用の肉抜き部（凹部）４５、４７を形成するとともに、ノズル板接合面側に液室形状（流路形状）に似た形状の擬似液室（凹部）４６を形成することによって、ノズル板接合面の凹部以外の表面積と振動板接合面の凹部以外の表面積とが略同じになるようにしている。
【００３３】
このように、流路板１の両面の凹部以外の表面積が略同じになるようにすることで、流路壁面に耐液性薄膜１０を形成する場合に、ノズル板接合面側と振動板接合面側の耐液性薄膜の膜応力の差などに起因する流路板１の反りが緩和されるので、流路板１の各面にノズル板３及び振動板２を接着剤接合した場合の接合信頼性が向上するとともに、製造工程における接合不良が低減することで歩留まりが向上して低コスト化を図ることができる。
【００３４】
すなわち、流路板１のノズル板接合面１ａと振動板接合面１ｂの凹部形状及び表面積が大きく異なっていると、例えば、耐液性薄膜としてのシリコン酸化膜を７０００Åの厚みで成膜した場合に、シリコン流路板１には６μｍを越える反りが発生することを確認している。そのため、流路板１の各面にノズル板及び振動板を接合すると接合不良箇所が発生する。勿論接着剤層の厚みを厚くすることで接合不良はある程度解消できるが、接着剤層の厚みを厚くすることは、接着剤のはみ出しが多くなり、液室部材全体の剛性の点でも好ましくない。
【００３５】
これに対して、流路板１のように液室形状に対応する擬似液室４６を形成することで、ノズル板接合面１ａと振動板接合面１ｂの凹部形状及び表面積がほぼ同じになる。そのため、耐液性薄膜としてのシリコン酸化膜を７０００Åの厚みで成膜した場合でも、シリコン流路板１の反りは約２μｍに抑えることができ、この程度の反りであれば流路板１の各面のノズル板及び振動板を接合しても接合不良箇所が発生しないことを確認した。
【００３６】
図１ないし図４に戻って、振動板２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。
【００３７】
この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための厚みが２〜１０μｍの薄肉部（ダイアフラム部）２１及び圧電素子１２と接合するための厚肉部（島状凸部）２２を形成するとともに、支柱部１４に対応する部分及びフレーム部材１６との接合部にも厚肉部２３を形成し、平坦面側を流路板１に接着剤接合し、島状凸部２２を圧電素子１２に接着剤接合し、更に厚肉部２３を支柱部１４及びフレーム部材１６に接着剤１７で接合している。なお、ここでは、振動板２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部２１の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００３８】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとし、２列配置により３００ｄｐｉとしている。
【００３９】
また、ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００４０】
圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層３１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層３２とを交互に積層したものであり、内部電極３２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極３３、共通電極３４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００４１】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極３３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子１２で導通した共通電極３４となる。
【００４２】
そして、圧電素子１２の個別電極３３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル３５を接続し、このＦＰＣケーブル３５には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極３４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル３５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００４３】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子１２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子１２に積層方向の変位が生起し、振動板２を介して加圧液室６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。
【００４４】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室８に流入し、共通液室８からインク供給口９を経てインク供給路７を通り、加圧液室６内に充填される。
【００４５】
ここで、インク供給路（流体抵抗部）７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。このインク供給路７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００４６】
ここで、このインクジェットヘッドにおいて使用する液体であるインクについて説明する。本発明に係るインクジェットヘッドで使用するインク液（これを「本発明のインク」という。）は、次の構成（１）〜（１０）よりなる印字用インク（記録用インク）であるが、これに限るものではない。
【００４７】
（１）顔料（自己分散性顔料）６ｗｔ％以上
（２）湿潤剤１
（３）湿潤剤２
（４）水溶性有機溶剤
（５）アニオンまたはノニオン系界面活性剤
（６）炭素数８以上のポリオールまたはグリコールエーテル
（７）エマルジョン
（８）防腐剤
（９）ｐＨ調製剤
（１０）純水
【００４８】
すなわち、印字（記録）するための着色剤として顔料を使用し、それを分解、分散させるための溶剤とを必須成分とし、更に添加剤として、湿潤剤、界面活性剤、エマルジョン、防腐剤、ｐＨ調整剤とを含んでいる。湿潤剤１と湿潤剤２とを混合するのは各々湿潤剤の特徴を活かすためと、粘度調整が容易にできるためである。
【００４９】
以下、上記各インク構成要素について、より具体的に説明する。
（１）の顔料に関しては、特にその種類を限定することなく、無機顔料、有機顔料を使用することができる。無機顔料としては、酸化チタン及び酸化鉄に加え、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたカーボンブラックを使用することができる。また、有機顔料としては、アゾ顔料（アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料などを含む）、多環式顔料（例えば、フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料など）、染料キレート（例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなど）、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどを使用できる。
【００５０】
本発明のインクの好ましい態様によれば、これらの顔料のうち、水と親和性の良いものが好ましく用いられる。顔料の粒径は、０．０５μｍから１０μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは１μｍ以下であり、最も好ましくは０．１６μｍ以下である。インク中の着色剤としての顔料の添加量は、６〜２０重量％程度が好ましく、より好ましくは８〜１２重量％程度である。
【００５１】
本発明のインクの好ましく用いられる顔料の具体例としては、以下のものが挙げられる。
黒色用としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック７）類、または銅、鉄（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１１）、酸化チタン等の金属類、アニリンブラック（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１）等の有機顔料が挙げられる。
【００５２】
さらに、カラー用としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１（ファストイエローＧ）、３、１２（ジスアゾイエローＡＡＡ）、１３、１４、１７、２４、３４、３５、３７、４２（黄色酸化鉄）、５３、５５、８１、８３（ジスアゾイエローＨＲ）、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、４０８、１０９、１１０、１１７、１２０、１３８、１５３、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ５、１３、１６、１７、３６、４３、５１、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１、２、３、５、１７、２２（ブリリアントファーストスカレット）、２３、３１、３８、４８：２（パーマネントレッド２Ｂ（Ｂａ））、４８：２（パーマネントレッド２Ｂ（Ｃａ））、４８：３（パーマネントレッド２Ｂ（Ｓｒ））、４８：４（パーマネントレッド２Ｂ（Ｍｎ））、４９：１、５２：２、５３：１、５７：１（ブリリアントカーミン６Ｂ）、６０：１、６３：１、６３：２、６４：１、８１（ローダミン６Ｇレーキ）、８３、８８、１０１（べんがら）、１０４、１０５、１０６、１０８（カドミウムレッド）、１１２、１１４、１２２（キナクリドンマゼンタ）、１２３、１４６、１４９、１６６、１６８、１７０、１７２、１７７、１７８、１７９、１８５、１９０、１９３、２０９、２１９、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット１（ローダミンレーキ）、３、５：１、１６、１９、２３、３８、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１、２、１５（フタロシアニンブルーＲ）、１５：１、１５：２、１５：３（フタロシアニンブルーＥ）、１６、１７：１、５６、６０、６３、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン１、４、７、８、１０、１７、１８、３６等がある。
【００５３】
その他顔料（例えばカーボン）の表面を樹脂等で処理し、水中に分散可能としたグラフト顔料や、顔料（例えばカーボン）の表面にスルホン基やカルボキシル基等の官能基を付加し水中に分散可能とした加工顔料等が使用できる。
【００５４】
また、顔料をマイクロカプセルに包含させ、該顔料を水中に分散可能なものとしたものであっても良い。
【００５５】
本発明のインクの好ましい態様によれば、ブラックインク用の顔料は、顔料を分散剤で水性媒体中に分散させて得られた顔料分散液としてインクに添加されるのが好ましい。好ましい分散剤としては、従来公知の顔料分散液を調整するのに用いられる公知の分散液を使用することができる。
【００５６】
分散液としては、例えば以下のものが挙げられる。
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸−アクリロニトリル共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体等が挙げられる。
【００５７】
本発明のインクの好ましい態様によれば、これらの共重合体は重量平均分子量が３、０００〜５０、０００であるのが好ましく、より好ましくは５、０００〜３０、０００、最も好ましくは７、０００〜１５、０００である。分散剤の添加量は、顔料を安定に分散させ、他の効果を失わせない範囲で適宣添加されて良い。分散剤としては１：０．０６〜１：３の範囲が好ましく、より好ましくは１：０．１２５〜１：３の範囲である。
【００５８】
着色剤に使用する顔料は、記録用インク全重量に対して６重量％〜２０重量％含有し、０．０５μｍ〜０．１６μｍ以下の粒子径の粒子であり、分散剤により水中に分散されていて、分散剤が、分子量５、０００から１００、０００の高分子分散剤である。水溶性有機溶剤が少なくとも１種類にピロリドン誘導体、特に、２−ピロリドンを使用すると画像品質が向上する。
【００５９】
（２）〜（４）の湿潤剤１、２と水溶性有機溶剤に関しては、本発明のインクの場合、インク中に水を液媒体として使用するものであるが、インクを所望の物性にし、インクの乾燥を防止するために、また、溶解安定性を向上するため等の目的で、例えば下記の水溶性有機溶剤が使用される。これら水溶性有機溶剤は複数混合して使用してもよい。
【００６０】
湿潤剤と水溶性有機溶剤の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、グリセロール、１，２、６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，３−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類；
【００６１】
エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類；
【００６２】
エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類；
【００６３】
２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミイダゾリジノン、ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物；
【００６４】
ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類；
【００６５】
モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類；
【００６６】
ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類；プロピレンカーボネート、炭酸エチレン等である。
【００６７】
これら有機溶媒の中でも、特にジエチレングリコール、チオジエタノール、ポリエチレングリコール２００〜６００、トリエチレングリコール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、ペトリオール、１，５−ペンタンジオール、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが好ましい。これらは溶解性と水分蒸発による噴射特性不良の防止に対して優れた効果が得られる。
【００６８】
その他の湿潤剤としては、糖を含有してなるのが好ましい。糖類の例としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類（三糖類および四糖類を含む）および多糖類があげられ、好ましくはグルコース、マンノース、フルクトース、リボース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マルトース、セロビオース、ラクトース、スクロース、トレハロース、マルトトリオースなどが挙げられる。ここで、多糖類とは広義の糖を意味し、α−シクロデキストリン、セルロースなど自然界に広く存在する物質を含む意味に用いることとする。
【００６９】
また、これらの糖類の誘導体としては、前記した糖類の還元糖（例えば、糖アルコール（一般式ＨＯＣＨ２（ＣＨＯＨ）ｎＣＨ２ＯＨ（ここでｎ＝２〜５の整数を表す。）で表される。）、酸化糖（例えば、アルドン酸、ウロン酸など）、アミノ酸、チオ酸などがあげられる。特に糖アルコールが好ましく、具体例としてはマルチトール、ソルビットなどが挙げられる。
【００７０】
これら糖類の含有量は、インク組成物の０．１〜４０重量％、好ましくは０．５〜３０重量％の範囲が適当である。
【００７１】
（５）の界面活性剤に関しても、特に限定はされないが、アニオン性界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートの塩などが挙げられる。
【００７２】
非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミドなどが挙げられる。前記界面活性剤は、単独または二種以上を混合して用いることができる。
【００７３】
本発明のインクにおける表面張力は紙への浸透性を示す指標であり、特に表面形成されて１秒以下の短い時間での動的表面張力を示し、飽和時間で測定される静的表面張力とは異なる。測定法としては特開昭６３−３１２３７号公報等に記載の従来公知の方法で１秒以下の動的な表面張力を測定できる方法であればいずれも使用できるが、本発明ではＷｉｌｈｅｌｍｙ式の吊り板式表面張力計を用いて測定した。表面張力の値は４０ｍＪ／ｍ２以下が好ましく、より好ましくは３５ｍＪ／ｍ２以下とすると優れた定着性と乾燥性が得られる。
【００７４】
（６）の炭素数８以上のポリオールまたはグリコールエーテルに関しては、２５℃の水中において０．１〜４．５重量％未満の間の溶解度を有する部分的に水溶性のポリオールおよび／またはグリコールエーテルを記録用インク全重量に対してを０．１〜１０．０重量％添加することによって、該インクの熱素子への濡れ性が改良され、少量の添加量でも吐出安定性および周波数安定性が得られることが分かった。▲１▼２−エチル−１、３−ヘキサンジオール 溶解度：４．２％（２０℃） ▲２▼２、２、４−トリメチル−１、３−ペンタンジオール 溶解度：２．０％（２５℃）。
【００７５】
２５℃の水中において０．１〜４．５重量％未満の間の溶解度を有する浸透剤は溶解度が低い代わりに浸透性が非常に高いという長所がある。したがって、２５℃の水中において０．１〜４．５重量％未満の間の溶解度を有する浸透剤と他の溶剤との組み合わせや他の界面活性剤との組み合わせで非常に高浸透性のあるインクを作製することが可能となる。
【００７６】
（７）本発明のインクには樹脂エマルジョンが添加されている方が好ましい。樹脂エマルジョンとは、連続相が水であり、分散相が次の様な樹脂成分であるエマルジョンを意味する。分散相の樹脂成分としてはアクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂などが挙げられる。
【００７７】
本発明のインクの好ましい態様によれば、この樹脂は親水性部分と疎水性部分とを併せ持つ重合体であるのが好ましい。また、これらの樹脂成分の粒子径はエマルジョンを形成する限り特に限定されないが、１５０ｎｍ程度以下が好ましく、より好ましくは５〜１００ｎｍ程度である。
【００７８】
これらの樹脂エマルジョンは、樹脂粒子を、場合によって界面活性剤とともに水に混合することによって得ることができる。例えば、アクリル系樹脂またはスチレン−アクリル系樹脂のエマルジョンは、（メタ）アクリル酸エステルまたはスチレンと、（メタ）アクリル酸エステルと、場合により（メタ）アクリル酸エステルと、界面活性剤とを水に混合することによって得ることができる。樹脂成分と界面活性剤との混合の割合は、通常１０：１〜５：１程度とするのが好ましい。界面活性剤の使用量が前記範囲に満たない場合、エマルジョンとなりにくく、また前記範囲を超える場合、インクの耐水性が低下したり、浸透性が悪化する傾向があるので好ましくない。
【００７９】
前記エマルジョンの分散相成分としての樹脂と水との割合は、樹脂１００重量部に対して水６０〜４００重量部、好ましくは１００〜２００の範囲が適当である。
【００８０】
市販の樹脂エマルジョンとしては、マイクロジェルＥ−１００２、Ｅ−５００２（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ペイント株式会社製：いずれも商品名）、ボンコート４００１（アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製：商品名）、ボンコート５４５４（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製：商品名）、ＳＡＥ−１０１４（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ゼオン株式会社製：商品名）、サイビノールＳＫ−２００（アクリル系樹脂エマルジョン、サイデン化学株式会社製：商品名）、などが挙げられる。
【００８１】
本発明のインクは、樹脂エマルジョンを、その樹脂成分がインクの０．１〜４０重量％となるよう含有するのが好ましく、より好ましくは１〜２５重量％の範囲である。
【００８２】
樹脂エマルジョンは、増粘・凝集する性質を持ち、着色成分の浸透を抑制し、さらに記録材への定着を促進する効果を有する。また、樹脂エマルジョンの種類によっては記録材上で皮膜を形成し、印刷物の耐擦性をも向上させる効果を有する。
【００８３】
（８）〜（１０）本発明のインクには上記着色剤、溶媒、界面活性剤の他に従来より知られている添加剤を加えることができる。
例えば、防腐防黴剤としてはデヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム等が使用できる。
【００８４】
ｐＨ調整剤としては、調合されるインクに悪影響を及ぼさずにｐＨを７以上に調整できるものであれば、任意の物質を使用することができる。その例として、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物、水酸化アンモニウム、第４級アンモニウム水酸化物、第４級ホスホニウム水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等が挙げられる。
【００８５】
キレート試薬としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ウラミル二酢酸ナトリウム等がある。
【００８６】
防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト等がある。
【００８７】
このような本発明のインクを使用することによって、特に普通紙上に印字した場合でも、良好な色調（十分な発色性、色再現性を有する。）、高い画像濃度、文字を含む画像にフェザリング現象やカラーブリード現象のない鮮明な画質、両面印刷にも耐え得るインク裏抜け現象の少ない画像、高速印刷に適したインク乾燥性（定着性）、耐光性、耐水性などの高い堅牢性を有した画像等、これらの画像特性に対して十分に満足できる高画質画像を形成することができるようになる。
【００８８】
この本発明のインクのように、特に、粘度が５ｃＰ以上、より好ましい粘度８ｃＰ以上のインクを用いた場合には、粘度５ｃＰ未満のインクを用いた場合に比べて相互干渉が生じ易くなる。
【００８９】
そこで、本発明に係るインクジェットヘッドにおける流路形成部材である流路板１の形状の詳細について図８及び図９をも参照して説明する。
先ず、図８及び図９に示すように、ノズル４、ノズル連通路５及び加圧液室６を千鳥状に配置した場合、一方のノズル列４Ａのノズル連通路５と他方のノズル列４Ｂのノズル連通路５とはノズル配列方向で一部が重なる状態で配置される。ここで、一方のノズル列４Ａのノズル連通路５と他方のノズル列４Ｂのノズル連通路５との列間隔壁５ａｂの幅（対向面間の最短距離）を隔壁幅ｈ１とし、各列４Ａ、４Ｂのノズル連通路５、５が重なっている長さ（対向している長さ）を加圧液室の幅ａとする。
【００９０】
ここで、一般的に、板の剛性力Ｆ１は、（１）式で表され、隔壁を両端固定のはりに見たてると、短辺長Ａ、すなわち加圧液室の幅が短くなると、板の剛性力即ち隔壁自体の剛性が上がることが分かる。
【００９１】
【数１】
なお、この（１）式において、Ｅ：ヤング率（弾性力）、Ｈ：板厚、σ：変位、Ａ：短辺長である。
【００９３】
そこで、本発明者らは、上記隔壁幅ｈ１と加圧液室の幅ａとをパラメータとして、ａ／ｈ１（加圧液室の幅に対する隔壁幅の比）を変化させて、高粘度インク（５ｃＰ）を用いてインク滴を吐出させ、ａ／ｈ１に対する高周波駆動時の吐出不良率について測定した。この結果を、図１０に示している。
【００９４】
この結果、ａ／ｈ１（加圧液室の幅に対する隔壁幅の比）が約２５以上になると剛性が低下し、ノズル列間相互の相互干渉が発生する確率が高くなって噴射不良が高くなる傾向にあることが分かる。
【００９５】
したがって、ａ／ｈ１が２５以下、好ましくは２０以下（ａ／ｈ１≦２０）になるように、ノズル連通路５を含む加圧液室６を配置する（流路板１に形成する）ことによって、特に高粘度インクを用いた場合でも相互干渉が抑制されて噴射不良が発生せず、これにより本発明のインクのような高粘度インクを用いた普通紙に対する高品質画像の記録が可能になる。
【００９６】
次に、流路板（流路形成基板）１にシリコン基板を用いた場合の隔壁幅ｈ１について説明する。
加圧液室を形成するための流路形成基板にシリコン基板を用いてエッチングで加圧液室などの流路を形成する場合、各列間の隔壁幅ｈ１が１０μｍ未満になると、シリコンのエッチングでサイドエッチングが入り実効的な幅が狭くなったり、レジスト形成でパターン異常が発生し局部的に隔壁幅が狭くなったり、シリコンの結晶欠陥部分でピット状にエッチングが進んだり等、それらの影響で不良率が上がり安定生産が難しくなる。
【００９７】
他方、各列間の隔壁幅ｈ１が２００μｍを越えると、２つのノズル列４Ａ、４Ｂのノズル４、４の間隔も大きくなり、滴を混合するケースでの着弾位置精度が低下し、高画質な画像形成が難しくなる。あるいは、設計上の無駄なスペースが生じ、コスト面で不利益となる。また、ノズル面に付着したインクをブレードで拭き取るワイピングや、インクの乾燥によるノズルの目詰まりを防止するキャッピングのためには、ノズル板周囲あるいはノズル板の周囲を押さえるために被せるノズルカバーのエッジからノズルまで間隔をあける必要がある。そのため、ヘッドを小さくしようとすれば、ノズル列の間隔を小さくする必要がある。したがって、対向する加圧液室の間の距離（隔壁幅ｈ１）はできるだけ小さくする方が好ましい。
【００９８】
本発明者らは、対向配置した加圧液室の隔壁幅ｈ１をパラメータとして、粘度５ｃＰの高粘度インクを用いてインク滴を高周波で噴射させたときの噴射不良率について測定した。この結果を図１１に示している。
【００９９】
同図から、隔壁幅ｈ１が１０μｍ未満になると、噴射不良率が増加する傾向にあることが分かる。これは、対向配置した加圧液室の隔壁幅ｈ１が短くなることで、加圧液室間の列間隔壁５ａｂの剛性が低下することにも起因している。また、シリコンのエッチングでサイドエッチングが入ったり、レジスト形成でパターン異常が発生したり、シリコンの結晶欠陥の影響でも噴射不良率が上がり、安定生産が難しくなる。したがって、この結果からも隔壁幅ｈ１は１０μｍ以上にすることが好ましいことが分かる。
【０１００】
ここで、２列のノズル列４Ａ、４Ｂの対向配置は上述した千鳥状配置に限るものではない。すなわち、例えば図１２及び図１３に示すように、ノズル連通路５を含む加圧液室６、６を正面対向配置する場合でも良く、また図１４に示すように各列のノズル連通路５を含む加圧液室６、６が互いに相手方の列に割り込ませて対向配置する場合でもよい。いずれの場合にも本発明を適用することができる。
【０１０１】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２実施形態について図１５を参照して説明する。なお、同図はヘッドの流路板の要部平面説明図である。
この実施形態では、２つのノズル列４Ａ、４Ｂの各加圧液室６、６間（ノズル連通路５、５間）の列間隔壁５ａｂに肉抜きパターン１１ａ、１１ｂ（両者を併せて「肉抜きパターン１１」という。）を形成している。肉抜きパターン１１ａ、１１ｂとは形状が異なり、所定のビット数（チャンネル数）例えば、１０ビット毎に肉抜きパターン１１ｂを形成している。
【０１０２】
このように、各加圧液室６、６間（ノズル連通路５、５間）の列間隔壁５ａｂに肉抜きパターン１１を形成することによって、ノズル板との接合時のノズル回りの接着剤の余りを吸収、あるいはノズルへの絞り出しを防止でき、均一な接着層厚で形成が可能となる。振動板接合面側においても同様の効果が得られノズル板あるいは振動板との接合時の接合不良を無くすことができ、信頼性が向上する。また、ビット単位で肉抜きパターン１１を形成することで、ビットの順番の目印となり生産上でのビット品質管理が容易になる。
【０１０３】
また、所定ビット数毎に肉抜きパターン１１ａと異なる形状の肉抜きパターン１１ｂを入れることで、数百と連続する加圧液室のビット番号を特定でき、生産上品質確認が容易になり、是正処置等早く対策が取れ、しいては歩留り向上、品質の安定化を図ることができる。
【０１０４】
次に、同じ列における加圧液室６の高さと加圧液室間の隔壁６ａの幅との関係について図１６ないし図１８を参照して説明する。
加圧液室６間の隔壁６ａの幅と高さの寸法はインク吐出性能に大きな影響を及ぼすものである。すなわち、例えば、幅と高さの比（高さ／幅）が大きい場合は、インク吐出時に隣接する加圧液室からの影響を受け易くなる。このため、単発ビットのみでインクを吐出する場合（シングル駆動）と複数ビットから同時にインクを吐出する場合（マルチ駆動）とでインク吐出特性に大きな差が生じてしまい、画像の劣化につながる。
【０１０５】
一方、隔壁の幅と高さの比（高さ／幅）が小さすぎる場合は、上記の現象は生じないが、高品質画像を高速度で記録する場合は、ノズルピッチ、加圧液室ピッチを小さくする必要があり、その場合加圧液室の体積が小さいためにノズルへの液体供給量が不足することになる。特に、高粘度インクを用いた高周波駆動の場合にインクの供給量の不足が顕著になり、結果駆動周波数が制限されて高速記録が制限されることになる。
【０１０６】
そこで、このインクジェットヘッドにおいては、図１６に示すように、加圧液室６を分離する隔壁６ａのノズル配列方向の幅（液室隔壁幅）ｄ１と加圧液室６の高さ（液室高さ）ｈ２（隔壁６ａの高さでもある。）とを、液室隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２の比（ｈ２／ｄ１）が３以上６以下になる範囲に形成している。
【０１０７】
このように、液室隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２の比（ｈ２／ｄ１）が３以上６以下の範囲内とすることで、液滴吐出時に隣接の加圧液室からの影響を受けやすくなるために生じる単発ビットのみで液滴を吐出するシングル駆動の場合と複数ビット同時に液滴を吐出するマルチ駆動の場合とでの液滴吐出特性の大きな差の発生を抑えることができ、画像品質が向上する。それとともに、ノズルへの液供給量不足をなくすることでき、特に普通紙高画質印刷のための高粘度インクを使用したときにおいても、高周波吐出時（高周波駆動時）の液供給を十分に行うことができ、記録速度の高速化を図れる。
【０１０８】
ここで、液室間隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２との比（ｈ２／ｄ１：アスペクト比）の値の一例を表１に示している。ここで、液室間隔壁幅ｄ１が３０μｍのとき１５０ｄｐｉに相当し、２０μｍのとき３００ｄｐｉに相当し、１０μｍのとき６００ｄｐｉに相当するノズルピッチが得られる。
【０１０９】
また、この表１の液室間隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２に設定して、シングル（単数ビット）駆動で滴噴射を行ったときの滴噴射速度Ｖｊとマルチ（複数ビット）駆動で液滴噴射を行ったときの滴噴射速度Ｖｊとの差の評価結果を表２に示している。なお、同表中、滴噴射速度Ｖｊの差が１．０以下の場合を可「○」とし、１．０を越える場合を不可「×」としている。さらに、高周波駆動を行ったときの噴射不良率の評価結果を表３に示している。なお、同表中、不良ビットがないときを可「○」、不良ビットが発生したときを不可「×」としている。
【０１１０】
【表１】
【表２】
【表３】
また、液室間隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２との比（ｈ２／ｄ１：アスペクト比）とシングル（単数ビット）／マルチ（複数ビット）駆動間での滴速度Ｖｊの差の測定結果を図１７に、液室間隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２との比（ｈ２／ｄ１：アスペクト比）に対する高周波駆動を行ったときの噴射不良率の評価結果を図１８にも示している。なお、これらの測定、評価に用いたインクは前述した本発明のインクであり、粘度は５ｃＰに調整した。
【０１１４】
これらの表１ないし表３及び図１７、図１８から分かるように、液室間隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２との比（ｈ２／ｄ１：アスペクト比）を「６」以下にすることにより、隣接ビットとの干渉が小さくなり、シングル（単数ビット）／マルチ（複数ビット）駆動間の液速度Ｖｊ差を良好な画像品質が得られる１ｍ／ｓ以下に抑えることができる。
【０１１５】
また、液室間隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２との比（ｈ２／ｄ１：アスペクト比）を「３」以上にすることによって、高粘度インクを使用し、高周波駆動を行って液滴を噴射させたときでもノズルへのインクの供給が十分行われて、噴射不良が発生しない。
【０１１６】
このように、液室隔壁幅ｄ１と液室高さｈ２の比（ｈ２／ｄ１）が３以上６以下の範囲内とすることで、特に高粘度インクを使用して高速、高画質で普通紙への記録を行うことができるようになる。
【０１１７】
なお、このヘッドにおいては、前述したように流路板１のノズル接合面１ａに擬似液室４６を形成しているが、この擬似液室４６についても、図１６に示すように、擬似液室４６を分離する隔壁４６ａのノズル配列方向の幅（擬似液室隔壁幅）ｄ２と擬似液室４６の高さ（擬似液室高さ）ｈ３（擬似液室の隔壁４６ａの高さでもある。）とを、擬似液室隔壁幅ｄ２と擬似液室高さｈ３の比（ｈ３／ｄ２）が３以上６以下になる範囲に形成している。
【０１１８】
この場合、液室間隔壁幅ｄ１と擬似液室隔壁幅ｄ２、液室高さｈ２と擬似液室高さｈ２とは同じにすることもでき、或いは異ならせることもできるが、上述したように比（ｈ３／ｄ２）が３以上６以下の範囲になるように形成することで、擬似液室４６と加圧液室６の高さ及び隔壁幅を同じにすることが可能になる。
【０１１９】
次に、同じ列のノズル連通路５の長さとノズル連通路５間の隔壁の幅との関係、ノズル連通路５の高さについて図１９を参照して説明する。
ノズル連通路５は流路板１の厚さ方向に流路板１を貫通して形成しており（流路板１の厚さ方向に部分的に形成することもできる。）、このノズル連通路５は加圧液室６にて加圧されたインクをノズル４へと流動させるための部位であり、各ノズル連通路５は図１９（ａ）に示すようにノズル配列方向では隔壁５ａにより分離されている。
【０１２０】
このノズル連通路５の隔壁５ａの剛性が低下すると、隣接するビットのノズル連通路５との間で干渉を起こしてしまう場合がある。隣接するノズル連通路５の間で干渉を生じると、単発ビットのみで液滴を吐出するシングル駆動の場合と複数ビット同時に吐出するマルチ駆動の場合との間で液滴吐出特性に大きな差が発生してしまい、画像品質が低下することになる。
【０１２１】
そこで、このインクジェットヘッドにおいては、図１９（ａ）に示すように、ノズル連通路５を分離する隔壁５ａのノズル配列方向の幅（ノズル連通路間隔壁幅）ｄ３とノズル連通路５を分離する隔壁５ａの加圧液室６の長さ方向での長さ（ノズル連通路間隔壁長さ）ｌ１とを、ノズル連通路隔壁幅ｄ３とノズル連通路隔壁長さｌ１の比（ｌ１／ｄ３）が８以下になる範囲に形成している。
【０１２２】
このように、ノズル連通路隔壁幅ｄ３とノズル連通路隔壁長さｌ１の比（ｌ１／ｄ３）が８以下になる範囲内とすることで、隔壁５ａの剛性不足が原因となって発生する単発ビットのみで液滴を吐出するシングル駆動の場合と複数ビット同時に液滴を吐出するマルチ駆動の場合とでの液滴吐出特性の大きな差の発生を抑えることができ、高精度の噴射特性を得ることできて、画像品質が向上する。
【０１２３】
なお、このインクジェットヘッドにおいては、ノズル連通路５の隔壁５ａのノズル配列方向の幅ｄ３は、ノズル連通路５と加圧液室６とのノズル配列方向の幅を同じに形成しているので、液室間隔壁幅ｄ１と同じであるが、これらのノズル連通路隔壁幅ｄ３と液室間隔壁幅ｄ１とを異ならせることもできる。
【０１２４】
ここで、ノズル連通路隔壁幅ｄ３とノズル連通路隔壁長さｌ１との比（ｌ１／ｄ３：アスペクト比）の値の一例を表４に示している。なお、ノズル連通路隔壁幅ｄ３と液室間隔壁幅ｄ１とが同じ場合には、前述した表１で述べた液室間隔壁幅ｄ１とノズルピッチの関係が成り立つ。
【０１２５】
また、この表４のノズル連通路隔壁幅ｄ３とノズル連通路隔壁長さｌ１に設定して、シングル（単数ビット）駆動で滴噴射を行ったときの滴噴射速度Ｖｊとマルチ（複数ビット）駆動で液滴噴射を行ったときの滴噴射速度Ｖｊとの差の評価結果を表５に示している。なお、同表中、滴噴射速度Ｖｊの差が１．０以下の場合を可「○」とし、１．０を越える場合を不可「×」としている。
【０１２６】
【表４】
【表５】
また、ノズル連通路隔壁幅ｄ３とノズル連通路隔壁長さｌ１との比（ｌ１／ｄ３：アスペクト比）とシングル（単数ビット）／マルチ（複数ビット）駆動間での滴速度Ｖｊの差の測定結果を図２０にも示している。なお、この測定、評価に用いたインクは前述した本発明のインクであり、粘度は５ｃＰの調整した。
【０１２９】
これらの表４、表５及び図２０から分かるように、ノズル隔壁幅ｄ３とノズル連通路隔壁長さｌ１との比（ｌ１／ｄ３：アスペクト比）を「８」以下にすることにより、隣接ビットとの干渉が小さくなり、シングル（単数ビット）／マルチ（複数ビット）駆動間の液速度Ｖｊ差を良好な画像品質が得られる１ｍ／ｓ以下に抑えることができる。
【０１３０】
ところで、ノズル連通路隔壁幅ｄ３とノズル連通路隔壁長さｌ１との比（ｌ１／ｄ３：アスペクト比）を「８」以下、特により小さな値になるようにすると、連通管５の流体抵抗が大きくなり、特に、高粘度インクを用いた高周波駆動の場合にインクの供給量の不足が顕著になり、結果駆動周波数が制限されて高速記録が制限されることになる。
【０１３１】
そこで、このインクジェットヘッドでは、図１９（ｂ）に示すように、ノズル連通路５の高さｈ４を６００μｍ以下にしている。これにより、ノズル連通路５の隔壁５ａの剛性を高めるためにノズル連通路５を分離する隔壁５ａの幅と隔壁５ａの加圧液室長手方向の長さの比（長さ／幅）を小さくするために生じる流体抵抗の増大を抑えることができ、特に普通紙高画質画像を高速で得るために必要な高粘度インクを使用し、高周波で噴射させたときにも噴射不良のないヘッドが得られる。
【０１３２】
ここで、ノズル連通路５の高さｈ４に対する高周波駆動時の噴射不良の発生率の測定結果の一例を図２１に示している。なお、ここでも、測定、評価に用いたインクは前述した本発明のインクであり、粘度は５ｃＰの調整した。
【０１３３】
この図２１から分かるように、ノズル連通路５の高さｈ４、すなわち、流路板１の厚さを６００μｍ以下とすることによって、高粘度インクを使用し、高周波で噴射させたときでもノズルへの液体の供給は十分行われており、噴射不良は発生しない。
【０１３４】
このように、ノズル連通路隔壁幅ｄ３とノズル連通路隔壁長さｌ１との比（ｌ１／ｄ３：アスペクト比）を「８」以下とし、ノズル連通路５の高さｈ４を６００μｍ以下とすることにより、特に高粘度インクを使用して高速、高画質で普通紙への記録を行うことができるようになる。
【０１３５】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る第１実施形態の製造工程について図２２及び図２３を参照して説明する。
先ず、図２２（ａ）に示すように、厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハを用いる。）６１を用意し、このシリコン基板６１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜６２ａ、６２ｂ及び厚さ０．１５μｍのシリコン窒化膜６３ａ、６３を形成した。なお、窒化膜６３ａ、６３ｂはＬＰ−ＣＶＤで形成した。
【０１３６】
なお、使用するウエハの種類は両面研磨ウエハ、両面未研磨ウエハ、片面未研磨ウエハのいずれのウエハであっても良く、また比抵抗も揃っている必要はなく、例えばここでは、比抵抗０．１−１００Ωｃｍのウエハを使用している。また、ウエハの厚さは連通管（ノズル連通路）５の高さを規定することになるので、前述したように高粘度インクを使用することから６００μｍ以下の厚さのものを使用している。
【０１３７】
次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板６１のノズル板接合面側のシリコン窒化膜６３ａ表面に、ノズル連通路５を形成するための開口と、肉抜きパターン１１を形成するための開口と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４５、擬似液室４６を形成するための各開口とを有するレジストパターン６４ａを形成した。
【０１３８】
そして、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜６３ａに、ノズル連通路５を形成するための開口６５と、肉抜きパターン（凹部）１１を形成するための開口６６と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部４５を形成するための開口６７と、擬似液室４６を形成するための開口６８をパターニングする。この工程では擬似液室４６を形成するための開口６８は加圧液室６とほぼ同じ平面形状に形成した。
【０１３９】
次いで、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板６１のノズル板接合面側のシリコン窒化膜６２ａ表面を覆い、ノズル連通路５を形成するＩＣＰドライエッチャーを使用して深堀する領域上に開口を有するレジストパターン６４ｃを形成し、シリコン酸化膜６２ａをドライエッチングして開口６５ａ（開口６５と合わせて単に「開口６５」という。）を形成した。
【０１４０】
その後、同図（ｄ）に示すように、シリコン基板６１の振動板接合面側のシリコン窒化膜６３ｂ表面に、ノズル連通路５を含む加圧液室６及びインク供給路７を形成するための開口と、振動板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４７を形成するための開口とを有するレジストパターン６４ｂを形成した。
【０１４１】
そして、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜６３ｂに、ノズル連通路５を含む加圧液室６及びインク供給路７を形成するための開口７０と、振動板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口７１と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４７を形成するための開口７２をパターニングする。
【０１４２】
次いで、同図（ｅ）に示すように、振動板接合面側からシリコン基板６１にノズル連通路５を形成するためＫＯＨでエッチングする領域上の開口を有するレジストパターン６４ｄを形成し、シリコン酸化膜６２ｂをドライエッチングして開口７３を形成した。
【０１４３】
次いで、図２３（ａ）に示すように、再度レジスト６４ｅでシリコン窒化膜６３ａ及びシリコン酸化膜６２ａの開口６５、６６、６８を埋め込み、ＩＣＰドライエッチャーによりノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストのマスク６９を形成した。このときのレジストの膜厚は８μｍとした。
【０１４４】
そして、同図（ｅ）に示すように、ＩＣＰドライエッチャーを使用して、シリコン基板６１にノズル連通路５を形成するための深堀７４を形成した。ここでは、ＩＣＰエッチングはノズル板接合面側から行っているが、振動板接合面側から行うこともできる。
【０１４５】
次いで、同図（ｂ）に示すように、マスク６９を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板６１の異方性エッチングを行ってノズル連通路５となる貫通穴７５を形成した。このとき、シリコン酸化膜６２ａ、６２ｂは膜べりする。
【０１４６】
その後、同図（ｃ）に示すように、ウエットエッチングにより、加圧液室６及びインク供給路７を形成するための開口７０と、ノズル接合面側と振動板接合面側の両側の肉抜きパターン１１を形成するための開口７１と、ノズル板３と振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４７を形成するための開口７２に対応するシリコン酸化膜６２ｂを除去する。
【０１４７】
そして、同図（ｄ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液により、シリコン基板６１の異方性エッチングを行って、シリコン基板６１に、ノズル連通路５の一部を含む加圧液室６及びインク供給路７となる凹部７６、肉抜きパターン１１、凹部４５、４７、擬似液室４６となる各凹部を形成した。なお、肉抜きパターン１１の大きさは、一辺 ５〜３０μｍ程度とした。ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。
【０１４８】
そして、同図（ｅ）に示すように、シリコン窒化膜６３ａ、６３ｂ及びシリコン酸化膜６２ａ、６２ｂを除去し、その後図示しないが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板１を得た。
【０１４９】
このように、上記実施形態ではノズル板接合面と振動板接合面との接合面積がほぼ同じになるように、またノズル接合面の形状は加圧液室の形状に似た形状の擬似液室形状になるようにパターニングを行ったので、流路板１は接液保護膜（耐液性薄膜）形成時でも反り量を１μｍ以下に抑えることができた。
【０１５０】
そして、この製造工程においては、液室形成部材をシリコンから形成し、ドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して、必要なノズル連通路や加圧液室などの流路を形成したので、精度よく加圧液室を形成することが可能となり、吐出特性にばらつきのないヘッドが得られた。
【０１５１】
また、シリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜をマスクとして異方性ウェットエッチングを行ったので、シリコン窒化膜膜、シリコン酸化膜をそれぞれエッチングのマスクとして使用することでき、寸法制御性に優れたヘッドが得られる。
【０１５２】
そして、ａ／ｈ１（加圧液室の幅に対する隔壁幅の比）が２０以下になるように各列のノズル連通路５を含む加圧液室６、６を配置している。これにより、特に高粘度インクを用いた場合でも相互干渉が抑制されて噴射不良が発生せず、高粘度インクを用いた普通紙に対する高品質画像の記録が可能になる。
【０１５３】
このように形成した流路板を用いることで、高性能、高信頼性のインクジェットヘッドが得られる。
【０１５４】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る第２実施形態の製造工程について図２４及び図２５を参照して説明する。なお、ここでは１列分のみを図示している。
先ず、図２４（ａ）に示すように、厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハを用いる。）９１を用意し、このシリコン基板９１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜９２ａ、９２ｂを形成した。
【０１５５】
なお、使用するウエハの種類は両面研磨ウエハ、両面未研磨ウエハ、片面未研磨ウエハのいずれのウエハであっても良く、また比抵抗も揃っている必要はなく、例えばここでは、比抵抗０．１−１００Ωｃｍのウエハを使用している。
【０１５６】
次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板９１のノズル板接合面側のシリコン酸化膜９２ａ表面に、ノズル連通路５を形成するための開口と、ノズル板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４５及び擬似液室４６を形成するための各開口とを有するレジストパターン９４ａを形成した。
【０１５７】
そして、ドライエッチングを行って、シリコン酸化膜９２ａに、ノズル連通路５を形成するための開口９５と、ノズル板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口９６と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部４５を形成するための開口９７及び擬似液室４６を形成するための開口９８とをパターニングする。なお、擬似液室４６を形成するための開口９８は加圧液室６とほぼ同じ平面形状に形成した。
【０１５８】
その後、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板９１の振動板接合面側のシリコン酸化膜９２ｂ表面に、加圧液室６及びインク供給路７を形成するための開口と、振動板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４７を形成するための開口とを有するレジストパターン９４ｂを形成し、ドライエッチングを行ってシリコン酸化膜９２ｂに加圧液室６及びインク供給路７を形成するための開口１０２と、振動板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口１０３と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部４７を形成するための開口１０４とをパターニングする。
【０１５９】
その後、同図（ｄ）に示すように、レジストでシリコン酸化膜９２ａの開口９５、９６、９７、９８を埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口１０５を有するレジストパターン１０６を形成した。このときのレジストの膜厚は８μｍとした。
【０１６０】
そして、図２５（ａ）に示すように、レジストパターン１０６をマスクとしてＩＣＰドライエッチャーを使用して、シリコン基板９１にノズル連通路５を形成するための掘り込み１０７を形成した。ここでは、ＩＣＰエッチングはノズル板接合面側から行っている。
【０１６１】
次いで、同図（ｂ）に示すように、レジストパターン１０６を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板９１の異方性エッチングを行ってノズル連通路５となる貫通孔１１５、加圧液室６となる凹部１１６、インク供給路７となる凹部１１７、肉抜き記パターン１１、凹部４５、４７、擬似液室４６となる凹部を形成した。ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。
【０１６２】
そして、同図（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜９２ａ、９２ｂを除去し、その後図示しないが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板１を得た。
【０１６３】
このように、この製造工程においては、液室形成部材をシリコンから形成し、ドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して、必要なノズル連通路や加圧液室などの流路を形成したので、精度よく加圧液室を形成することが可能となり、吐出特性にばらつきのないヘッドが得られた。
【０１６４】
そして、シリコン窒化膜をマスクとして異方性ウェットエッチングを行ったので、マスク作製工程を非常に簡単でかつ短工期に行うことができるので、低コスト化を図れる。なお、その他の作用効果は前記第１実施形態と同様である。
【０１６５】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る第３実施形態の製造工程について図２６及び図２７を参照して説明する。
先ず、図２６（ａ）に示すように、厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハを用いる。）１２１を用意し、このシリコン基板１２１両表面に厚さ０．１５μｍのシリコン窒化膜１２２ａ、１２２ｂをＬＰ−ＣＶＤで形成した。
【０１６６】
なお、使用するウエハの種類は両面研磨ウエハ、両面未研磨ウエハ、片面未研磨ウエハのいずれのウエハであっても良く、また比抵抗も揃っている必要はなく、例えばここでは、比抵抗０．１−１００Ωｃｍのウエハを使用している。
【０１６７】
次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板１２１のノズル板接合面側のシリコン窒化膜１２２ａ表面に、ノズル連通路５を形成するための開口と、ノズル板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４５及び擬似液室４６を形成するための各開口とを有するレジストパターン１２４ａを形成した。
【０１６８】
そして、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜１２２ａに、ノズル連通路５を形成するための開口１２５と、ノズル板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口１２６と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部４５を形成するための開口１２７及び擬似液室４６を形成するための開口１２８とをパターニングする。なお、擬似液室２６を形成するための開口１２８は加圧液室６とほぼ同じ平面形状に形成した。
【０１６９】
その後、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板１２１の振動板接合面側のシリコン窒化膜１２２ｂ表面に、加圧液室６及びインク供給路７を形成するための開口と、振動板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４７を形成するための開口とを有するレジストパターン１２４ｂを形成し、ドライエッチングを行ってシリコン窒化膜１２２ｂに加圧液室６及びインク供給路７を形成するための開口１３２と、ノズル板接合面側の肉抜きパターン１１を形成するための開口１３３と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部４７を形成するための開口１３４とをパターニングする。
【０１７０】
その後、同図（ｄ）に示すように、レジストでシリコン窒化膜１２２ａの開口１２５、１２６、１２７、１２８を埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口１３５を有するレジストパターン１３６を形成した。このときのレジストの膜厚は８μｍとした。
【０１７１】
そして、図２７（ａ）に示すように、レジストパターン１３６をマスクとしてＩＣＰドライエッチャーを使用して、シリコン基板１２１にノズル連通路５を形成するための掘り込み１３７を形成した。ここでは、ＩＣＰエッチングはノズル板接合面側から行っている。
【０１７２】
次いで、同図（ｂ）に示すように、レジストパターン１３６を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板１２１の異方性エッチングを行ってノズル連通路５となる貫通孔１４５、加圧液室６となる凹部１４６、インク供給路７となる凹部１４７、肉抜きパターン１１、凹部４５、４７、擬似液室４６となる凹部を形成した。ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。
【０１７３】
そして、同図（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜１２２ａ、１２２ｂを除去し、その後図示しないが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板１を得た。
【０１７４】
このように、この製造工程においては、シリコン窒化膜をマスクとして異方性ウェットエッチングを行ったので、マスク膜厚を薄くすることが可能となり、エッチング時に生じるＣＤロスを抑えることができ、寸法制御性を向上することが可能となる。また、マスク作製工程が非常に簡単かつ短工期のプロセスであり、低コスト化を図れる。その他の作用効果は前記第１実施形態と同様である。
【０１７５】
上記本発明に係る液滴吐出ヘッドの実施形態においては、圧力発生手段として積層型圧電素子を用いた例で説明しているがこれに限るものではなく、例えば図２８ないし図３０に示すように、その他の圧力発生手段を用いるヘッドにも本発明を適用することができる。
【０１７６】
すなわち、図２８に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に薄膜圧電素子１９１を用いたヘッドである。また、図２９に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に所定のギャップを置いて対向する電極１９２を設けた電極基板１９３を備え、振動板２と電極１９２との間で静電力を発生させることで振動板２を電極１９２側に変形させる静電型ヘッドである。さらに、図３０に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に代えて電極基板１９４を接合し、この電極基板１９４の加圧液室６側にインクを加熱して膜沸騰で気泡を発生させる発熱抵抗体１９５を配設したサーマル型ヘッドである。
【０１７７】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化したインクカートリッジについて図３２を参照して説明する。
このインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）２００は、ノズル孔２０１等を有する上記実施形態のインクジェットヘッド２０２と、このインクジェットヘッド２０２に対してインクを供給するインクタンク２０３とを一体化したものである。
【０１７８】
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの信頼性はただちに全体の信頼性につながるので、上述したように相互干渉による滴噴射特性のバラツキが少なく、噴射不良が生じないインクジェットヘッドを一体化することで、全体の歩留まりが向上して低コスト化を図れ、また、信頼性が向上する。
【０１７９】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図３３及び図３４を参照して説明する。なお、図３３は同記録装置の斜視説明図、図３４は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【０１８０】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体２１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２１２等を収納し、装置本体２１１の下方部には前方側から多数枚の用紙２１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）２１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙２１３を手差しで給紙するための手差しトレイ２１５を開倒することができ、給紙カセット２１４或いは手差しトレイ２１５から給送される用紙２１３を取り込み、印字機構部２１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ２１６に排紙する。
【０１８１】
印字機構部２１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド２２１と従ガイドロッド２２２とでキャリッジ２２３を主走査方向（図３４で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ２２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド２２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ２２３にはヘッド２２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ２２５を交換可能に装着している。なお、上述したインクタンク一体型ヘッドである本発明に係るインクカートリッジを搭載するようにすることもできる。
【０１８２】
インクカートリッジ２２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【０１８３】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド２２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０１８４】
ここで、キャリッジ２２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド２２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ２２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２２７で回転駆動される駆動プーリ２２８と従動プーリ２２９との間にタイミングベルト２３０を張装し、このタイミングベルト２３０をキャリッジ２２３に固定しており、主走査モーター２２７の正逆回転によりキャリッジ２２３が往復駆動される。
【０１８５】
一方、給紙カセット２１４にセットした用紙２１３をヘッド２２４の下方側に搬送するために、給紙カセット２１４から用紙２１３を分離給装する給紙ローラ２３１及びフリクションパッド２３２と、用紙２１３を案内するガイド部材２３３と、給紙された用紙２１３を反転させて搬送する搬送ローラ２３４と、この搬送ローラ２３４の周面に押し付けられる搬送コロ２３５及び搬送ローラ２３４からの用紙２１３の送り出し角度を規定する先端コロ２３６とを設けている。搬送ローラ２３４は副走査モータ２３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１８６】
そして、キャリッジ２２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２３４から送り出された用紙２１３を記録ヘッド２２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２３９を設けている。この印写受け部材２３９の用紙搬送方向下流側には、用紙２１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ２４１、拍車２４２を設け、さらに用紙２１３を排紙トレイ２１６に送り出す排紙ローラ２４３及び拍車２４４と、排紙経路を形成するガイド部材２４５，２４６とを配設している。
【０１８７】
記録時には、キャリッジ２２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２２４を駆動することにより、停止している用紙２１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙２１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙２１３を排紙する。
【０１８８】
また、キャリッジ２２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド２２４の吐出不良を回復するための回復装置２４７を配置している。回復装置２４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ２２３は印字待機中にはこの回復装置２４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド２２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１８９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド２２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１９０】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、相互干渉による噴射特性のバラツキが少なく、高粘度インクを用いた普通紙に対する高速高画質記録を行うことができるようになる。
【０１９１】
なお、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。
【０１９２】
また、上記実施形態においては、本発明のインクを使用する液滴吐出ヘッドに本発明を適用した例を説明したが、使用するインクは本発明のインク限るものではなく、また、高粘度インク以外のインクを使用する液滴吐出ヘッドにも同様に適用できる。
【０１９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、２列の加圧液室はノズルに連通する側の少なくとも一部が対向配置され、一方の列の加圧液室と他方の列の加圧液室が対向している長さと一方の列の加圧液室と他方の列の加圧液室との間の隔壁の幅の比が２０以下である構成としたので、２列配置で高密度化を図っても、高粘度液体を用いた普通紙に対する高速高画質記録が可能になる。
【０１９４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、２列の加圧液室はノズルに連通する側の少なくとも一部が対向配置され、各列の加圧液室間の隔壁の幅が１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にある構成としたので、歩留まりの向上、ヘッドの小型化を図れ、また多色混合印刷等における着弾位置精度が向上し、更に高粘度液体を用いた普通紙に対する高速高画質記録が可能になる。
【０１９５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、液室形成部材をシリコンで形成した本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、液室形成部材はドライエッチングによる深堀又はドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して形成する構成としたので、低コストで信頼性の高いヘッドを得ることができる。
【０１９６】
本発明に係るインクカートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとインクタンクを一体化したので、相互干渉による滴噴射特性のバラツキが低減して普通紙に対して高速で、高い画像品質で画像を記録できるようになる。
【０１９７】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジである構成としたので、普通紙に対する高速高品質画像の記録が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図３】同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断面説明図
【図４】同ヘッドの要部平面説明図
【図５】同ヘッドの流路形成部材の断面説明図
【図６】同流路形成部材のノズル板接合面側の平面説明図
【図７】同流路形成部材の振動板接合面側の平面説明図
【図８】同ヘッドの流路形成部材の列間隔壁の説明に供する平面説明図
【図９】同じく模式的平面説明図
【図１０】列間隔壁幅の長さと列間隔壁幅との比に対する噴射不良率の関係の説明に供する説明図
【図１１】列間隔壁幅に対する噴射不良率の関係の説明に供する断面説明図
【図１２】対向配置の他の例の説明に供する平面説明図
【図１３】同じく模式的平面説明図
【図１４】対向配置の更に例の説明に供する平面説明図
【図１５】第２実施形態の説明に供する流路板の平面説明図
【図１６】液室間隔壁幅と液室間隔壁高さの説明に供する断面説明図
【図１７】液室間隔壁のアスペクト比に対するシングル／マルチ噴射速度差の説明に供する説明図
【図１８】液室間隔壁のアスペクト比に対する高周波噴射時の噴射不良率の説明に供する説明図
【図１９】同ヘッドの流路形成部材のノズル連通路隔壁幅、ノズル連通路隔壁長さ、ノズル連通路隔壁高さの説明に供する断面説明図
【図２０】ノズル連通路隔壁の幅と長さの比に対するシングル／マルチ噴射速度差の説明に供する説明図
【図２１】ノズル連通路隔壁高さに対する高周波噴射時の噴射不良率の説明に供する説明図
【図２２】本発明に係る製造方法の第１実施形態の製造工程を説明する説明図
【図２３】図１２に続く工程を説明する説明図
【図２４】本発明に係る製造方法の第２実施形態の製造工程を説明する説明図
【図２５】図２４に続く工程を説明する説明図
【図２６】本発明に係る製造方法の第３実施形態の製造工程を説明する説明図
【図２７】図２６に続く工程を説明する説明図
【図２８】本発明に係る液滴吐出ヘッドの他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図２９】本発明に係る液滴吐出ヘッドの更に他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図３０】本発明に係る液滴吐出ヘッドの更にまた他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図３１】本発明に係るインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図３２】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図３３】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路板、２…振動板、３…ノズル板、４…ノズル、５…ノズル連通路、６…加圧液室、７…インク供給路、８…共通液室、１０…耐液性薄膜、１２…圧電素子、１３…ベース基板、６１…シリコン基板、６２ａ…シリコン酸化膜、６３ｂ…シリコン窒化膜、２００…インクカートリッジ、２１４…記録ヘッド。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a droplet discharge head and a method of manufacturing the same, an ink cartridge, and an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus (image forming apparatus) such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, and a plotter includes a nozzle for ejecting ink droplets and an ink flow path (ejection chamber, pressure chamber, pressurizing chamber) communicating with the nozzle. A liquid chamber, a pressure chamber, a liquid chamber, etc.) and a driving unit (pressure generating unit) for pressurizing the ink in the ink flow path. Things. The droplet discharge head includes, for example, a droplet discharge head that discharges a liquid resist as droplets, a droplet discharge head that discharges a DNA sample as droplets, and the like, but the following description will focus on an inkjet head.
[0003]
As an inkjet head, as a driving means for generating energy to pressurize the ink in the ink flow path, a piezoelectric element is used to deform a diaphragm forming a wall surface of the ink flow path to change the volume in the ink flow path. A so-called piezo-type that discharges ink droplets, or a so-called thermal-type that discharges ink droplets by pressure generated by heating ink in an ink flow path using a heating resistor to generate bubbles, The diaphragm that forms the wall of the path and the electrode are arranged facing each other, and the diaphragm is deformed by the electrostatic force generated between the diaphragm and the electrode, thereby changing the volume in the ink flow path and ejecting ink droplets. An electrostatic type is known.
[0004]
Among these various heads, a pressure plate (liquid chamber) is formed by bonding a nozzle plate (nozzle forming member) having a nozzle opening and a diaphragm to both surfaces of a spacer (flow path forming member). Ink-jet heads in which the diaphragm is deformed by piezoelectric elements do not use heat energy as a driving source for flying ink droplets, so that there is no deterioration of the ink due to heat, and particularly, color ink that is easily deteriorated by heat is ejected. There are advantages above. Moreover, since the amount of ink droplets can be freely adjusted by adjusting the amount of displacement of the piezoelectric vibrator, the head is optimal for configuring an ink jet recording apparatus for high quality color printing. .
[0005]
By the way, the ink jet head can record and print at an extremely high resolution by reducing the size of the ink droplet because dots on the recording medium are constituted by ink droplets.
[0006]
However, for efficient recording, it is necessary to increase the number of ink openings (increase the number of nozzles). In particular, in the case of using a piezoelectric element as a driving means, the energy of the piezoelectric element can be efficiently reduced. It is necessary to enlarge the pressure chamber (pressurized liquid chamber) for use. This conflicts with the demand for a smaller head. In order to solve such conflicting problems, it is common practice to increase the capacity by increasing the shape of the pressure chamber in the longitudinal direction while reducing the thickness of the wall (partition wall) that partitions the adjacent pressure chambers.
[0007]
Such a pressure chamber and a reservoir are formed by a flow path forming member which is a member for maintaining a distance between the diaphragm and the nozzle plate at a predetermined value. As described above, the pressure chamber and the reservoir have a very small and complicated shape. Due to the necessity of forming the pressure chamber, an etching technique is usually used. As a material for forming such a flow path forming member, a photosensitive resin film is often used. However, since the mechanical strength is low, crosstalk or bending is caused to obtain high resolution. There is a problem that quality is reduced.
[0008]
Therefore, a component manufacturing technology using anisotropic etching of a silicon single crystal substrate capable of processing a fine shape with high accuracy by a relatively simple method, that is, a member forming an ink jet head by applying a so-called micromachining technology is used. Processing is performed. In particular, pressure chambers and reservoirs are formed by performing anisotropic etching using a single crystal silicon substrate having a crystal orientation (110) as a flow path forming member. The spacer using single crystal silicon has high mechanical rigidity, which can reduce the deflection of the entire recording head due to the deformation of the piezoelectric element, and the pressure chamber is formed because the etched wall is almost perpendicular to the surface. It has a great advantage that it can be configured uniformly.
[0009]
Further, in order to increase the number of ink openings (increase the number of nozzles), two rows of nozzles are arranged, and in order to further increase the nozzle density, two rows of nozzles are arranged in a staggered manner. I have. In this case, the pressurized liquid chamber to which the nozzle communicates and the nozzle communication passage which connects the pressurized liquid chamber to the nozzle are also arranged in two rows.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
When two rows of nozzles, nozzle communication paths, and pressurized liquid chambers are arranged in the flow path forming member, the nozzle communication paths in each row are separated by partition walls. The dimensions have a great influence on the droplet discharge performance. If the rigidity of the partition walls is low, mutual interference between the rows is caused, and stable discharge characteristics cannot be obtained. On the other hand, if the interval between the nozzle communication passages in each row is too wide in order to increase the rigidity of the partition, the head becomes large.
[0011]
In particular, in an ink jet recording apparatus, when printing on plain paper, the color reproducibility of an image, durability, light resistance, ink drying property, character bleed (feathering), color boundary bleed (color bleed), double-sided printability, etc. The problem of deterioration in image quality peculiar to the ink jet recording apparatus has become apparent, and it is extremely difficult to satisfy all these characteristics when printing at high speed on plain paper.
[0012]
Therefore, in order to improve the problems with the conventional dye-based ink when using plain paper, the use of a pigment-based ink using an organic pigment, carbon black, or the like as a colorant has been studied for plain paper printing, or It has been put to practical use. Pigments, unlike dyes, have no solubility in water, and thus are usually used as aqueous inks in a state where the pigment is mixed with a dispersant, subjected to dispersion treatment, and stably dispersed in water.
[0013]
Such a pigment-based ink has a high viscosity, and the higher the viscosity of the ink, the more often it causes mutual interference between rows. This is, of course, not limited to the pigment-based ink, and the same problem occurs when a liquid having a high viscosity is ejected.
[0014]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a small droplet discharge head capable of performing high-quality image recording while suppressing mutual interference between columns, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing the same. It is an object of the present invention to provide an ink cartridge capable of recording with high image quality by integrating the same, and an ink jet recording apparatus capable of recording a high quality image by mounting the head or the ink cartridge.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the droplet discharge head according to the present invention, at least a part of the two rows of the pressurized liquid chambers that are in communication with the nozzles is arranged to face each other, The ratio of the length of the row of pressurized liquid chambers facing each other to the width of the partition wall between the pressurized liquid chamber of one row and the pressurized liquid chamber of the other row is 20 or less. is there.
[0016]
In the droplet discharge head according to the present invention, at least a part of the two rows of the pressurized liquid chambers that are in communication with the nozzles is opposed to each other, and the width of the partition wall between the pressurized liquid chambers of each row is 10 μm or more and 200 μm or less. The configuration is within the range.
[0017]
Here, in each of the droplet discharge heads according to the present invention, the flow path forming member is preferably formed of silicon. It is preferable that a lightening pattern is provided between the pressurized liquid chambers in each row. In this case, it is preferable that the lightening pattern is different from other patterns for each predetermined bit.
[0018]
Further, the ratio (height / width) of the width of the partition wall between the pressurized liquid chambers in the same row and the height of the pressurized liquid chamber is preferably 3 or more and 6 or less.
[0019]
Further, the pressurized liquid chamber is preferably provided with a nozzle communication passage on the side communicating with the nozzle, and the width of the partition between the nozzle communication passages and the length of the partition in the longitudinal direction of the pressurized liquid chamber is preferably set. The ratio (length / width) is preferably 8 or less, and in this case, the height of the nozzle communication passage is preferably 600 μm or less. Further, it is preferable that an oxide film or a titanium nitride film is formed on a wall surface of the pressurized liquid chamber.
[0020]
The ink preferably has a liquid viscosity of 5 cP (25 ° C.) or more, and preferably contains at least a pigment, a water-soluble organic solvent, a polyol or glycol ether having 8 or more carbon atoms, and water.
[0021]
The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing the droplet discharge head according to the present invention, wherein the flow path forming member is anisotropically formed by deep etching by dry etching of silicon or by deep etching by dry etching. In this case, the wet etching is used in combination with the wet etching.
[0022]
Here, in the case where anisotropic wet etching is used together, it is preferable to use a silicon oxide film / silicon nitride film stacked film, a silicon oxide film, or a silicon nitride film as a mask.
[0023]
The ink cartridge according to the present invention integrates an ink jet head including the droplet discharge head according to the present invention and an ink tank that supplies ink to the ink jet head.
[0024]
An ink jet recording apparatus according to the present invention includes an ink jet head configured to discharge ink droplets, the ink jet head including the liquid drop discharging head according to the present invention, or the ink cartridge integrated with the ink jet head according to the present invention.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. An ink jet head according to an embodiment of the droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded perspective view of the head, FIG. 2 is a cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber, FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the head along the lateral direction of the liquid chamber, and FIG. FIG. 3 is an explanatory plan view of a main part of a head.
[0026]
This ink jet head includes a
[0027]
An electric machine which is a driving means (actuator means) for pressurizing ink in the pressurized
[0028]
In addition, between the
[0029]
Further, the outer peripheral portion of the
[0030]
Here, as described later, for example, the
[0031]
The wall surfaces of the
[0032]
Also, with reference to FIGS. 5 to 7, lightening portions (recesses) 45 and 47 for releasing the adhesive are formed on the nozzle plate joining surface side and the diaphragm joining surface side, respectively, with reference to FIGS. In addition, by forming a pseudo liquid chamber (recess) 46 having a shape similar to the liquid chamber shape (flow path shape) on the nozzle plate joint surface side, the surface area other than the concave portion of the nozzle plate joint surface and the vibration plate joint surface are reduced. The surface area other than the concave portion is made substantially the same.
[0033]
In this way, by making the surface areas other than the concave portions on both surfaces of the
[0034]
That is, if the concave shape and the surface area of the nozzle
[0035]
On the other hand, by forming the pseudo
[0036]
Returning to FIGS. 1 to 4, the
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
In addition, a water-repellent treatment layer (not shown) that has been subjected to a water-repellent surface treatment is provided on the nozzle surface (surface in the discharge direction: discharge surface) of the
[0040]
The
[0041]
The end face electrode on one end face of the piezoelectric element member is divided into
[0042]
An
[0043]
In the ink jet head configured as described above, for example, by applying a drive waveform (pulse voltage of 10 to 50 V) to the
[0044]
Thereafter, with the end of the ink droplet ejection, the ink pressure in the pressurized
[0045]
Here, the ink supply path (fluid resistance section) 7 is effective in attenuating residual pressure vibration after ejection, but is resistant to refilling due to surface tension. By appropriately selecting the fluid resistance value of the
[0046]
Here, the ink that is the liquid used in the inkjet head will be described. The ink liquid used in the inkjet head according to the present invention (hereinafter referred to as “the ink of the present invention”) is a printing ink (recording ink) having the following configurations (1) to (10). It is not limited to.
[0047]
(1) Pigment (self-dispersible pigment) 6 wt% or more
(2)
(3)
(4) Water-soluble organic solvent
(5) Anionic or nonionic surfactant
(6) Polyol or glycol ether having 8 or more carbon atoms
(7) Emulsion
(8) Preservative
(9) pH adjuster
(10) Pure water
[0048]
That is, a pigment is used as a colorant for printing (recording), a solvent for decomposing and dispersing the pigment is used as an essential component, and as additives, wetting agents, surfactants, emulsions, preservatives, pH And conditioning agents. The reason why the
[0049]
Hereinafter, each of the ink components will be described more specifically.
Regarding the pigment (1), inorganic pigments and organic pigments can be used without any particular limitation. As the inorganic pigment, in addition to titanium oxide and iron oxide, carbon black produced by a known method such as a contact method, a furnace method, and a thermal method can be used. Examples of organic pigments include azo pigments (including azo lakes, insoluble azo pigments, condensed azo pigments, chelated azo pigments, etc.) and polycyclic pigments (for example, phthalocyanine pigments, perylene pigments, perinone pigments, anthraquinone pigments, quinacridone pigments) , Dioxazine pigments, thioindigo pigments, isoindolinone pigments, quinoflurone pigments, etc., dye chelates (eg, basic dye chelates, acid dye chelates, etc.), nitro pigments, nitroso pigments, aniline black and the like.
[0050]
According to a preferred embodiment of the ink of the present invention, among these pigments, those having good affinity for water are preferably used. The particle size of the pigment is preferably from 0.05 μm to 10 μm, more preferably 1 μm or less, and most preferably 0.16 μm or less. The addition amount of the pigment as a colorant in the ink is preferably about 6 to 20% by weight, more preferably about 8 to 12% by weight.
[0051]
Specific examples of the pigment preferably used in the ink of the invention include the following.
For black color, carbon black (CI pigment black 7) such as furnace black, lamp black, acetylene black, and channel black, or metal such as copper, iron (CI pigment black 11), and titanium oxide And organic pigments such as aniline black (CI pigment black 1).
[0052]
Further, for color, C.I. I. Pigment Yellow 1 (Fast Yellow G), 3, 12 (Disazo Yellow AAA), 13, 14, 17, 24, 34, 35, 37, 42 (Yellow Iron Oxide), 53, 55, 81, 83 (Disazo Yellow HR) ), 95, 97, 98, 100, 101, 104, 408, 109, 110, 117, 120, 138, 153, C.I. I.
[0053]
Other pigments (for example, carbon) are treated with a resin or the like to treat the surface of the pigment (eg, carbon) with a graft pigment that can be dispersed in water. Processed pigments and the like can be used.
[0054]
Further, the pigment may be contained in microcapsules so that the pigment can be dispersed in water.
[0055]
According to a preferred embodiment of the ink of the present invention, the pigment for black ink is preferably added to the ink as a pigment dispersion obtained by dispersing the pigment in an aqueous medium with a dispersant. As a preferred dispersant, a known dispersion used for preparing a conventionally known pigment dispersion can be used.
[0056]
Examples of the dispersion include the following.
Polyacrylic acid, polymethacrylic acid, acrylic acid-acrylonitrile copolymer, vinyl acetate-acrylic ester copolymer, acrylic acid-alkyl acrylate copolymer, styrene-acrylic acid copolymer, styrene-methacrylic acid copolymer Polymer, styrene-acrylic acid-alkyl acrylate copolymer, styrene-methacrylic acid-alkyl acrylate copolymer, styrene-α-methylstyrene-acrylic acid copolymer, styrene-α-methylstyrene-acryl Acid copolymer-alkyl acrylate copolymer, styrene-maleic acid copolymer, vinylnaphthalene-maleic acid copolymer, vinyl acetate-ethylene copolymer, vinyl acetate-fatty acid vinyl ethylene copolymer, vinyl acetate -Maleic acid ester copolymer, vinyl acetate- Crotonic acid copolymer, vinyl acetate-acrylic acid copolymer and the like.
[0057]
According to a preferred embodiment of the ink of the present invention, these copolymers preferably have a weight average molecular weight of 3,000 to 50,000, more preferably 5,000 to 30,000, most preferably 7, 000 to 15,000. The addition amount of the dispersant may be appropriately added within a range in which the pigment is stably dispersed and other effects are not lost. The dispersant is preferably in the range of 1: 0.06 to 1: 3, more preferably in the range of 1: 0.125 to 1: 3.
[0058]
The pigment used for the colorant is a particle having a particle diameter of 0.05 μm to 0.16 μm, which is contained in an amount of 6% by weight to 20% by weight based on the total weight of the recording ink, and is dispersed in water by a dispersant. The dispersant is a polymer dispersant having a molecular weight of 5,000 to 100,000. When at least one water-soluble organic solvent is a pyrrolidone derivative, particularly 2-pyrrolidone, the image quality is improved.
[0059]
Regarding the
[0060]
Specific examples of the wetting agent and the water-soluble organic solvent include, for example, the following. Ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetraethylene glycol, hexylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, glycerol, Polyhydric alcohols such as 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, 1,2,3-butanetriol and petriol;
[0061]
Polyhydric alcohol alkyl ethers such as ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monomethyl ether, and propylene glycol monoethyl ether;
[0062]
Polyhydric alcohol aryl ethers such as ethylene glycol monophenyl ether and ethylene glycol monobenzyl ether;
[0063]
Nitrogen-containing heterocyclic compounds such as 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-hydroxyethyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, ε-caprolactam, γ-butyrolactone;
[0064]
Amides such as formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide;
[0065]
Amines such as monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, monoethylamine, diethylamine and triethylamine;
[0066]
Sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide, sulfolane and thiodiethanol; propylene carbonate and ethylene carbonate.
[0067]
Among these organic solvents, especially, diethylene glycol, thiodiethanol,
[0068]
As another wetting agent, it is preferable to contain sugar. Examples of saccharides include monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides (including trisaccharides and tetrasaccharides) and polysaccharides, preferably glucose, mannose, fructose, ribose, xylose, arabinose, galactose, maltose, cellobiose, Lactose, sucrose, trehalose, maltotriose and the like. Here, the polysaccharide means a sugar in a broad sense, and is used to include substances widely existing in nature such as α-cyclodextrin and cellulose.
[0069]
Examples of the derivatives of these saccharides include reducing sugars of the aforementioned saccharides (eg, sugar alcohols (general formula HOCH) 2 (CHOH) nCH 2 OH (where n represents an integer of 2 to 5). ), Oxidized sugars (eg, aldonic acid, uronic acid, etc.), amino acids, thioacids and the like. Particularly, sugar alcohols are preferable, and specific examples include maltitol and sorbitol.
[0070]
The content of these saccharides is suitably in the range of 0.1 to 40% by weight, preferably 0.5 to 30% by weight of the ink composition.
[0071]
No particular limitation is imposed on the surfactant (5), but examples of the anionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether acetate, dodecylbenzene sulfonate, laurate, and polyoxyethylene alkyl ether sulfate. And the like.
[0072]
Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene alkylamine, and polyoxyethylene alkylamide. No. The surfactants may be used alone or in combination of two or more.
[0073]
The surface tension in the ink of the present invention is an index indicating the permeability to paper, and particularly indicates a dynamic surface tension in a short time of 1 second or less after the surface is formed, and a static surface tension measured in a saturation time. Is different. As a measuring method, any method can be used as long as it can measure a dynamic surface tension of 1 second or less by a conventionally known method described in JP-A-63-31237 or the like, but in the present invention, a Wilhelmy type suspension is used. It measured using the plate type surface tensiometer. The value of surface tension is 40 mJ / m 2 The following is preferable, and 35 mJ / m is more preferable. 2 When the content is set as below, excellent fixability and drying property are obtained.
[0074]
With respect to the polyol or glycol ether having 8 or more carbon atoms of (6), a partially water-soluble polyol and / or glycol ether having a solubility of 0.1 to less than 4.5% by weight in water at 25 ° C is used. By adding 0.1 to 10.0% by weight based on the total weight of the recording ink, the wettability of the ink to the thermal element is improved, and the ejection stability and frequency stability can be obtained even with a small amount of addition. I knew it could be done. (1) 2-Ethyl-1,3-hexanediol Solubility: 4.2% (20 ° C.) (2) 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol Solubility: 2.0% (25 ° C.) .
[0075]
Penetrants having a solubility between 0.1 and less than 4.5% by weight in water at 25 ° C. have the advantage of having a very high permeability instead of a low solubility. Therefore, an ink having a very high permeability in a combination of a penetrant having a solubility of 0.1 to less than 4.5% by weight in water at 25 ° C. and another solvent or a combination of another surfactant. Can be manufactured.
[0076]
(7) It is preferable that a resin emulsion is added to the ink of the present invention. The resin emulsion means an emulsion in which the continuous phase is water and the dispersed phase is the following resin component. Examples of the resin component of the dispersed phase include an acrylic resin, a vinyl acetate resin, a styrene-butadiene resin, a vinyl chloride resin, an acryl-styrene resin, a butadiene resin, and a styrene resin.
[0077]
According to a preferred embodiment of the ink of the present invention, the resin is preferably a polymer having both a hydrophilic portion and a hydrophobic portion. The particle size of these resin components is not particularly limited as long as an emulsion is formed, but is preferably about 150 nm or less, more preferably about 5 to 100 nm.
[0078]
These resin emulsions can be obtained by mixing resin particles with water, optionally with a surfactant. For example, an emulsion of an acrylic resin or a styrene-acrylic resin is obtained by adding a (meth) acrylate or styrene, a (meth) acrylate, and optionally a (meth) acrylate, and a surfactant to water. It can be obtained by mixing. The mixing ratio of the resin component and the surfactant is usually preferably about 10: 1 to 5: 1. When the amount of the surfactant used is less than the above range, it is difficult to form an emulsion, and when the amount exceeds the above range, the water resistance of the ink tends to decrease and the permeability tends to deteriorate.
[0079]
The ratio of the resin and water as the disperse phase component of the emulsion is suitably from 60 to 400 parts by weight of water, preferably from 100 to 200 parts by weight, per 100 parts by weight of the resin.
[0080]
Commercially available resin emulsions include Microgel E-1002, E-5002 (styrene-acrylic resin emulsion, manufactured by Nippon Paint Co., Ltd .: all trade names), Boncoat 4001 (acrylic resin emulsion, Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) Company: trade name), Boncoat 5454 (styrene-acrylic resin emulsion, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc .: trade name), SAE-1014 (styrene-acrylic resin emulsion, manufactured by Zeon Corporation: trade name) And Sibinol SK-200 (acrylic resin emulsion, manufactured by Siden Chemical Co., Ltd .: trade name).
[0081]
The ink of the present invention preferably contains a resin emulsion such that the resin component is 0.1 to 40% by weight of the ink, more preferably 1 to 25% by weight.
[0082]
The resin emulsion has a property of thickening and aggregating, has an effect of suppressing penetration of a coloring component, and further has an effect of promoting fixation to a recording material. Further, depending on the type of the resin emulsion, a film is formed on the recording material, which has the effect of improving the abrasion resistance of the printed matter.
[0083]
(8)-(10) In addition to the above-mentioned colorants, solvents and surfactants, conventionally known additives can be added to the ink of the present invention.
For example, as a preservative / antifungal agent, sodium dehydroacetate, sodium sorbate, sodium 2-pyridinethiol-1-oxide, sodium benzoate, sodium pentachlorophenol and the like can be used.
[0084]
As the pH adjuster, any substance can be used as long as it can adjust the pH to 7 or more without adversely affecting the ink to be prepared. Examples thereof include amines such as diethanolamine and triethanolamine, hydroxides of alkali metal elements such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, ammonium hydroxide, quaternary ammonium hydroxide, and quaternary phosphonium. Examples include hydroxides, carbonates of alkali metals such as lithium carbonate, sodium carbonate, and potassium carbonate.
[0085]
Examples of the chelating reagent include sodium ethylenediaminetetraacetate, sodium nitrilotriacetate, sodium hydroxyethylethylenediaminetriacetate, sodium diethylenetriaminepentaacetate, and sodium uramildiacetate.
[0086]
Examples of the rust inhibitor include acidic sulfite, sodium thiosulfate, ammonium thiodiglycolate, diisopropylammonium nitrite, pentaerythritol tetranitrate, dicyclohexylammonium nitrite and the like.
[0087]
By using such an ink of the present invention, even in the case of printing on plain paper, feathering can be performed on images including good color tone (having sufficient color development and color reproducibility), high image density, and characters. High image quality free of phenomena and color bleeding phenomenon, images with few ink strike-through phenomena that can withstand double-sided printing, ink fastness suitable for high-speed printing (fixability), light fastness, water fastness, etc. This makes it possible to form a high-quality image that sufficiently satisfies these image characteristics, such as a reproduced image.
[0088]
In particular, when ink having a viscosity of 5 cP or more, and more preferably 8 cP or more, is used as in the ink of the present invention, mutual interference is more likely to occur than in the case of using an ink having a viscosity of less than 5 cP.
[0089]
Therefore, the details of the shape of the
First, as shown in FIGS. 8 and 9, when the
[0090]
Here, in general, the rigidity force F1 of the plate is expressed by the formula (1). When the partition is viewed as a beam fixed at both ends, when the short side length A, that is, the width of the pressurized liquid chamber becomes short, It can be seen that the rigidity of the plate, that is, the rigidity of the partition wall itself, increases.
[0091]
(Equation 1)
In the equation (1), E: Young's modulus (elastic force), H: plate thickness, σ: displacement, and A: short side length.
[0093]
Then, the present inventors change a / h1 (the ratio of the partition wall width to the width of the pressurized liquid chamber) by using the partition wall width h1 and the width a of the pressurized liquid chamber as parameters, and change the high-viscosity ink ( 5cP), the ink droplets were ejected, and the ejection failure rate at high frequency driving for a / h1 was measured. The result is shown in FIG.
[0094]
As a result, when a / h1 (the ratio of the partition wall width to the width of the pressurized liquid chamber) is about 25 or more, the rigidity decreases, the probability of mutual interference between nozzle rows increases, and the ejection failure increases. It can be seen that there is a tendency.
[0095]
Therefore, by disposing the pressurized
[0096]
Next, the partition wall width h1 when a silicon substrate is used for the flow path plate (flow path forming substrate) 1 will be described.
When a flow path such as a pressurized liquid chamber is formed by etching using a silicon substrate as a flow path forming substrate for forming a pressurized liquid chamber, when the partition wall width h1 between each row is less than 10 μm, silicon etching is performed. The effect is that the effective width becomes narrower due to side etching, the pattern abnormality occurs in the resist formation, the partition wall width becomes narrower locally, and the etching progresses like pits at silicon crystal defects. As a result, the defective rate increases and stable production becomes difficult.
[0097]
On the other hand, when the partition wall width h1 between the rows exceeds 200 μm, the interval between the
[0098]
The present inventors measured the ejection failure rate when ejecting ink droplets at a high frequency using high-viscosity ink having a viscosity of 5 cP, using the partition wall width h1 of the pressurized liquid chamber disposed opposite to the parameter as a parameter. The result is shown in FIG.
[0099]
It can be seen from the figure that when the partition wall width h1 is less than 10 μm, the ejection failure rate tends to increase. This is also because the rigidity of the row spacing wall 5ab between the pressurized liquid chambers is reduced by reducing the partition width h1 of the opposing pressurized liquid chambers. In addition, side etching occurs in the etching of silicon, pattern abnormalities occur in the formation of the resist, and the defective rate of ejection increases due to the influence of silicon crystal defects, which makes stable production difficult. Therefore, it can be seen from this result that the partition wall width h1 is preferably set to 10 μm or more.
[0100]
Here, the opposed arrangement of the two
[0101]
Next, a second embodiment of the droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory plan view of a main part of a flow path plate of the head.
In this embodiment, the lightening
[0102]
As described above, by forming the lightening
[0103]
In addition, by inserting a
[0104]
Next, the relationship between the height of the pressurized
The dimensions of the width and height of the
[0105]
On the other hand, when the ratio between the width and the height of the partition walls (height / width) is too small, the above phenomenon does not occur. However, when recording a high-quality image at a high speed, the nozzle pitch and the pressurized liquid chamber pitch are not used. Needs to be reduced. In this case, the volume of the pressurized liquid chamber is small, so that the liquid supply amount to the nozzle becomes insufficient. In particular, in the case of high-frequency driving using high-viscosity ink, the shortage of ink supply becomes remarkable, and as a result, the driving frequency is restricted, and high-speed recording is restricted.
[0106]
Therefore, in this inkjet head, as shown in FIG. 16, the width d1 of the
[0107]
As described above, by setting the ratio (h2 / d1) of the liquid chamber partition width d1 to the liquid chamber height h2 to be in the range of 3 or more and 6 or less, it is affected by the adjacent pressurized liquid chamber at the time of discharging the droplet. It is possible to suppress the occurrence of a large difference in droplet discharge characteristics between the case of single drive in which droplets are discharged only with a single shot bit and the case of multi-drive in which droplets are discharged simultaneously for a plurality of bits. Quality is improved. At the same time, it is possible to eliminate the shortage of the liquid supply amount to the nozzle, and to sufficiently supply the liquid at the time of high-frequency discharge (at the time of high-frequency driving) even when using a high-viscosity ink for high-quality printing on plain paper. Recording speed can be increased.
[0108]
Here, Table 1 shows an example of a value of a ratio (h2 / d1: aspect ratio) between the liquid chamber interval wall width d1 and the liquid chamber height h2. Here, a nozzle pitch corresponding to 150 dpi when the liquid chamber space wall width d1 is 30 μm, 300 dpi when 20 μm, and 600 dpi when 10 μm is obtained.
[0109]
Also, the liquid chamber interval wall width d1 and the liquid chamber height h2 in Table 1 are set, and the liquid droplet ejection velocity Vj when single (single bit) driving is performed and the liquid ejection speed when multi (multiple bits) driving is performed. Table 2 shows the evaluation results of the difference from the droplet ejection speed Vj when the droplet ejection was performed. In the table, the case where the difference between the droplet ejection speeds Vj is 1.0 or less is indicated by “可”, and the case where the difference exceeds 1.0 is indicated by “×”. Further, Table 3 shows the evaluation results of the injection failure rate when high-frequency driving was performed. In the table, the case where there is no defective bit is indicated by “可”, and the case where a defective bit occurs is indicated by “×”.
[0110]
[Table 1]
[Table 2]
[Table 3]
The measurement results of the ratio (h2 / d1: aspect ratio) of the liquid chamber spacing wall width d1 to the liquid chamber height h2 and the difference between the droplet speed Vj between single (single bit) / multi (multiple bit) driving are shown. FIG. 17 also shows an evaluation result of the ejection failure rate when high-frequency driving is performed with respect to the ratio (h2 / d1: aspect ratio) of the liquid chamber spacing wall width d1 to the liquid chamber height h2. The ink used for these measurements and evaluations was the ink of the present invention described above, and the viscosity was adjusted to 5 cP.
[0114]
As can be seen from Tables 1 to 3 and FIGS. 17 and 18, by setting the ratio (h2 / d1: aspect ratio) between the liquid chamber spacing wall width d1 and the liquid chamber height h2 to "6" or less. In addition, interference with adjacent bits is reduced, and the difference in liquid velocity Vj between single (single bit) / multi (multiple bit) driving can be suppressed to 1 m / s or less at which good image quality can be obtained.
[0115]
In addition, by setting the ratio (h2 / d1: aspect ratio) of the liquid chamber interval wall width d1 to the liquid chamber height h2 to “3” or more, high-frequency driving is performed using a high-viscosity ink to drop liquid droplets. Even when the ink is ejected, the ink is sufficiently supplied to the nozzle, and no ejection failure occurs.
[0116]
As described above, by setting the ratio (h2 / d1) of the liquid chamber partition width d1 to the liquid chamber height h2 to be in the range of 3 or more and 6 or less, high-speed, high-quality plain paper using high-viscosity ink is used. Can be recorded.
[0117]
In this head, the simulated
[0118]
In this case, the liquid chamber interval wall width d1 and the pseudo liquid chamber partition width d2, and the liquid chamber height h2 and the pseudo liquid chamber height h2 can be the same or different, but as described above. By forming the ratio (h3 / d2) in the range of 3 or more and 6 or less, the height and the partition wall width of the simulated
[0119]
Next, the relationship between the length of the
The
[0120]
When the rigidity of the partition wall 5a of the
[0121]
Therefore, in this ink jet head, as shown in FIG. 19A, the width d3 of the partition wall 5a separating the
[0122]
In this manner, by setting the ratio (l1 / d3) of the nozzle communication passage partition wall width d3 to the nozzle communication passage partition wall length l1 to be 8 or less, a single shot caused by insufficient rigidity of the partition wall 5a is generated. It is possible to suppress the occurrence of a large difference in droplet discharge characteristics between the case of single drive in which droplets are discharged only with bits and the case of multi-drive in which droplets are discharged at the same time with a plurality of bits, thereby obtaining highly accurate discharge characteristics. Can improve the image quality.
[0123]
In this inkjet head, the width d3 of the partition wall 5a of the
[0124]
Here, Table 4 shows an example of the value of the ratio (11 / d3: aspect ratio) between the nozzle communication passage partition wall width d3 and the nozzle communication passage partition wall length l1. When the nozzle communication passage partition wall width d3 is the same as the liquid chamber spacing wall width d1, the relationship between the liquid chamber spacing wall width d1 and the nozzle pitch described in Table 1 described above is established.
[0125]
Further, by setting the nozzle communication passage partition wall width d3 and the nozzle communication passage partition wall length l1 in Table 4, the droplet ejection speed Vj when performing single (single bit) drive droplet ejection and the multi (multiple bit) drive. Table 5 shows the evaluation results of the difference from the droplet ejection speed Vj when droplet ejection was performed in the above. In the table, the case where the difference between the droplet ejection speeds Vj is 1.0 or less is indicated by “可”, and the case where the difference exceeds 1.0 is indicated by “×”.
[0126]
[Table 4]
[Table 5]
In addition, the measurement of the ratio of the nozzle communication passage partition wall width d3 to the nozzle communication passage partition wall length l1 (11 / d3: aspect ratio) and the difference between the droplet speed Vj between single (single bit) / multi (multiple bit) driving. The results are also shown in FIG. The ink used for this measurement and evaluation was the ink of the present invention described above, and the viscosity was adjusted to 5 cP.
[0129]
As can be seen from Tables 4 and 5 and FIG. 20, by setting the ratio (11 / d3: aspect ratio) of the nozzle partition wall width d3 to the nozzle communication passage
[0130]
By the way, when the ratio (11 / d3: aspect ratio) of the nozzle communication passage partition wall width d3 to the nozzle communication passage partition wall length l1 is set to 8 or less, particularly a smaller value, the fluid resistance of the
[0131]
Therefore, in this ink jet head, as shown in FIG. 19B, the height h4 of the
[0132]
Here, FIG. 21 shows an example of the measurement result of the occurrence rate of the injection failure at the time of high-frequency driving with respect to the height h4 of the
[0133]
As can be seen from FIG. 21, by setting the height h4 of the
[0134]
As described above, the ratio (11 / d3: aspect ratio) between the nozzle communication passage partition wall width d3 and the nozzle communication passage
[0135]
Next, the manufacturing process of the first embodiment according to the method of manufacturing the droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 22A, a silicon substrate (using a silicon wafer) 61 having a thickness of 400 μm and a plane orientation (110) is prepared, and a silicon substrate of 1.0 μm thickness is formed on both surfaces of the
[0136]
The type of wafer to be used may be any of a double-sided polished wafer, a double-sided unpolished wafer, and a single-sided unpolished wafer, and the specific resistance does not need to be uniform. A 1-100 Ωcm wafer is used. Since the thickness of the wafer defines the height of the communication tube (nozzle communication passage) 5, the thickness of the wafer is 600 μm or less because high-viscosity ink is used as described above. .
[0137]
Next, as shown in FIG. 3B, an opening for forming the
[0138]
Then, dry etching is performed to join the
[0139]
Then, as shown in FIG. 3C, an opening is formed on a region to be deeply dug by using an ICP dry etcher that covers the surface of the
[0140]
Thereafter, as shown in FIG. 4D, the pressurized
[0141]
Then, dry etching is performed to form an
[0142]
Next, as shown in FIG. 4E, a resist pattern 64d having an opening on a region to be etched by KOH to form the
[0143]
Next, as shown in FIG. 23A, the
[0144]
Then, as shown in FIG. 3E, a deep trench 74 for forming the
[0145]
Next, as shown in FIG. 4B, the
[0146]
Thereafter, as shown in FIG. 3C, an
[0147]
Then, as shown in FIG. 4D, the
[0148]
Then, as shown in FIG. 2E, the
[0149]
As described above, in the above-described embodiment, the joint area between the nozzle plate joining surface and the diaphragm joining surface is substantially the same, and the shape of the nozzle joining surface is similar to the shape of the pressurized liquid chamber. Since patterning was performed so as to obtain a shape, the amount of warpage of the
[0150]
In this manufacturing process, the liquid chamber forming member is formed from silicon, and a necessary nozzle communication path and a flow path such as a pressurized liquid chamber are formed by using both deep etching by dry etching and anisotropic wet etching. As a result, a pressurized liquid chamber can be formed with high accuracy, and a head having no variation in ejection characteristics can be obtained.
[0151]
In addition, since the anisotropic wet etching is performed using the silicon oxide film / silicon nitride film as a mask, the silicon nitride film and the silicon oxide film can be used as etching masks, respectively, and the dimensional controllability is excellent. The head is obtained.
[0152]
Then, the
[0153]
By using the flow path plate formed in this way, an ink jet head with high performance and high reliability can be obtained.
[0154]
Next, a manufacturing process of a second embodiment according to a method of manufacturing a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, only one column is shown.
First, as shown in FIG. 24A, a silicon substrate (using a silicon wafer) 91 having a thickness of 400 μm and a plane orientation (110) is prepared, and 1.0 μm thick silicon is provided on both surfaces of the
[0155]
The type of wafer to be used may be any of a double-sided polished wafer, a double-sided unpolished wafer, and a single-sided unpolished wafer, and the specific resistance does not need to be uniform. A 1-100 Ωcm wafer is used.
[0156]
Next, as shown in FIG. 7B, an opening for forming the
[0157]
Then, by performing dry etching, an
[0158]
Thereafter, as shown in FIG. 4C, an opening for forming the pressurized
[0159]
Thereafter, as shown in FIG. 4D, the
[0160]
Then, as shown in FIG. 25A, a
[0161]
Next, as shown in FIG. 3B, the resist
[0162]
Then, as shown in FIG. 1D, the
[0163]
As described above, in this manufacturing process, the liquid chamber forming member is formed from silicon, and the deep hole by dry etching and the anisotropic wet etching are used together to form a necessary nozzle communication path and a flow path such as a pressurized liquid chamber. Formed, a pressurized liquid chamber can be formed with high accuracy, and a head having no variation in ejection characteristics was obtained.
[0164]
Then, since the anisotropic wet etching is performed using the silicon nitride film as a mask, the mask manufacturing process can be performed very simply and in a short work period, so that the cost can be reduced. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
[0165]
Next, a manufacturing process of a third embodiment according to a method of manufacturing a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 26A, a silicon substrate (using a silicon wafer) 121 having a thickness of 400 μm and a plane orientation (110) is prepared, and a silicon substrate having a thickness of 0.15 μm is formed on both surfaces of the
[0166]
The type of wafer to be used may be any of a double-sided polished wafer, a double-sided unpolished wafer, and a single-sided unpolished wafer, and the specific resistance does not need to be uniform. A 1-100 Ωcm wafer is used.
[0167]
Next, as shown in FIG. 3B, an opening for forming the
[0168]
Then, dry etching is performed to form an
[0169]
Thereafter, as shown in FIG. 4C, an opening for forming the pressurized
[0170]
Thereafter, as shown in FIG. 4D, the
[0171]
Then, as shown in FIG. 27A, a
[0172]
Next, as shown in FIG. 6B, the resist
[0173]
Then, as shown in FIG. 1D, the
[0174]
As described above, in this manufacturing process, since the anisotropic wet etching is performed using the silicon nitride film as a mask, the thickness of the mask can be reduced, and the CD loss generated during the etching can be suppressed. It is possible to improve the performance. In addition, the mask manufacturing process is a very simple and short construction process, and cost reduction can be achieved. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
[0175]
In the embodiment of the droplet discharge head according to the present invention, an example is described in which a stacked piezoelectric element is used as the pressure generating means. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. The present invention can be applied to a head using other pressure generating means.
[0176]
That is, the droplet discharge head shown in FIG. 28 is a head using the thin film
[0177]
Next, an ink cartridge in which an ink jet head and an ink tank according to the present invention are integrated will be described with reference to FIG.
The ink cartridge (ink tank integrated type head) 200 is obtained by integrating the
[0178]
As described above, in the case of the ink tank integrated type head, the reliability of the head immediately leads to the overall reliability. Therefore, as described above, the dispersion of the droplet ejection characteristics due to the mutual interference is small, and the inkjet head which does not cause ejection failure is integrated. By doing so, the overall yield is improved, the cost is reduced, and the reliability is improved.
[0179]
Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head including a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 33 is a perspective view of the recording apparatus, and FIG. 34 is a side view of a mechanism of the recording apparatus.
[0180]
The inkjet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus
[0181]
The
[0182]
The
[0183]
Although the
[0184]
Here, the
[0185]
On the other hand, in order to transport the
[0186]
In addition, a
[0187]
At the time of recording, by driving the
[0188]
Further, a
[0189]
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the
[0190]
As described above, since the inkjet recording apparatus is equipped with the inkjet head embodying the present invention, there is little variation in ejection characteristics due to mutual interference, and high-speed and high-quality recording on plain paper using high-viscosity ink can be performed. Will be able to
[0191]
In the above embodiment, the droplet discharge head according to the present invention is applied to an inkjet head. However, droplets of liquid other than ink, for example, a droplet discharge head for discharging a liquid resist for patterning, a gene analysis sample, The present invention can also be applied to a droplet discharging head for discharging.
[0192]
In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the droplet discharge head using the ink of the present invention has been described. However, the ink to be used is not limited to the ink of the present invention. The same can be applied to a droplet discharge head using the above ink.
[0193]
【The invention's effect】
As described above, according to the droplet discharge head according to the present invention, at least a part of the two rows of the pressurized liquid chambers that are in communication with the nozzles are opposed to each other, and the two rows of the pressurized liquid chambers are arranged opposite to each other. Since the ratio of the length of the row of pressurized liquid chambers facing each other and the width of the partition wall between the pressurized liquid chamber of one row and the pressurized liquid chamber of the other row was 20 or less, Even if the density is increased by the two-row arrangement, high-speed and high-quality recording on plain paper using a high-viscosity liquid becomes possible.
[0194]
According to the droplet discharge head according to the present invention, at least a part of the two rows of the pressurized liquid chambers that are in communication with the nozzles is opposed to each other, and the width of the partition wall between the pressurized liquid chambers of each row is 10 μm or more and 200 μm or more. With the configuration within the following range, it is possible to improve the yield, reduce the size of the head, improve the landing position accuracy in multi-color mixed printing, etc., and record high-speed and high-quality images on plain paper using a high-viscosity liquid. Becomes possible.
[0195]
According to the method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, there is provided a method of manufacturing the droplet discharge head according to the present invention, in which the liquid chamber forming member is formed of silicon, wherein the liquid chamber forming member is formed by deep etching by dry etching. Alternatively, the head is formed by using both deep trenching by dry etching and anisotropic wet etching, so that a low-cost and highly reliable head can be obtained.
[0196]
According to the ink cartridge of the present invention, since the ink jet head, which is the liquid droplet ejection head according to the present invention, and the ink tank are integrated, variations in the liquid droplet ejection characteristics due to mutual interference are reduced, and high speed printing is possible with respect to plain paper. Thus, an image can be recorded with high image quality.
[0197]
According to the inkjet recording apparatus of the present invention, since the inkjet head is configured to be the droplet discharge head or the ink cartridge of the present invention, it is possible to record a high-speed and high-quality image on plain paper.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to an embodiment of a droplet discharge head of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the head along a liquid chamber longitudinal direction.
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of a main part of the head along a lateral direction of a liquid chamber.
FIG. 4 is an explanatory plan view of a main part of the head.
FIG. 5 is an explanatory sectional view of a flow path forming member of the head.
FIG. 6 is an explanatory plan view of a nozzle plate joining surface side of the flow path forming member.
FIG. 7 is an explanatory plan view of the flow path forming member on the side of the diaphragm joining surface;
FIG. 8 is an explanatory plan view for explaining a row spacing wall of a flow path forming member of the head.
FIG. 9 is a schematic plan view of the same.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the ratio of the length of the row-to-row wall width and the width of the row-to-row wall to the injection failure rate;
FIG. 11 is an explanatory cross-sectional view for explaining the relationship between the row defect wall width and the ejection failure rate;
FIG. 12 is an explanatory plan view for explaining another example of the facing arrangement;
FIG. 13 is a schematic plan view of the same.
FIG. 14 is an explanatory plan view for explaining a further example of the facing arrangement;
FIG. 15 is an explanatory plan view of a flow path plate used for describing the second embodiment.
FIG. 16 is an explanatory cross-sectional view for explaining a liquid chamber spacing wall width and a liquid chamber spacing wall height;
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining a single / multi injection speed difference with respect to an aspect ratio of a liquid chamber spacing wall.
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining an injection failure rate during high-frequency injection with respect to an aspect ratio of a liquid chamber spacing wall.
FIG. 19 is a sectional explanatory view for explaining the nozzle communication passage partition width, the nozzle communication passage partition length, and the nozzle communication passage partition height of the flow path forming member of the head.
FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining a single / multi injection speed difference with respect to a ratio of a width and a length of a nozzle communication passage partition wall;
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining an injection failure rate during high-frequency injection with respect to the height of a nozzle communication passage partition wall;
FIG. 22 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of the first embodiment of the manufacturing method according to the present invention.
FIG. 23 is an explanatory view illustrating a step following FIG. 12;
FIG. 24 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a second embodiment of the manufacturing method according to the present invention.
FIG. 25 is an explanatory view illustrating a step following FIG. 24;
FIG. 26 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a third embodiment of the manufacturing method according to the present invention.
FIG. 27 is an explanatory view illustrating a step following FIG. 26;
FIG. 28 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a liquid droplet ejection head according to another embodiment of the present invention, taken along the longitudinal direction of the liquid chamber.
FIG. 29 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a liquid droplet ejection head according to still another example of the present invention, taken along the longitudinal direction of the liquid chamber.
FIG. 30 is a cross-sectional view of a main part of a liquid drop discharge head according to still another embodiment of the present invention, taken along a liquid chamber longitudinal direction.
FIG. 31 is an explanatory perspective view for explaining an ink cartridge according to the present invention;
FIG. 32 is a perspective explanatory view showing an example of an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge head according to the present invention.
FIG. 33 is an explanatory side view of a mechanism section of the recording apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
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