JP2006123515A - Liquid ejection head, its manufacturing method, and image forming device with head - Google Patents

Liquid ejection head, its manufacturing method, and image forming device with head Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve increased density and high-speed by fusing manufacturing processes of a piezoelectric body and electric wiring, by facilitating joining between the piezoelectric body and a pressure chamber member, and by securing sealability for liquid of the electric wiring and the piezoelectric body. <P>SOLUTION: A method for manufacturing a liquid discharging head includes: an electric wiring forming step of removing at least a part of a silicon substrate, and forming electric wiring for supplying a drive signal to drive the piezoelectric body at the part where the silicon substrate is removed; an piezoelectric body forming step of forming the piezoelectric body on the part where the silicon substrate is at least not removed in the electric wiring forming step; and a vibration plate forming step of forming the vibration plate on a side of the piezoelectric body opposite to the silicon substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置の技術分野に係り、特に、液体を吐出する吐出口の配置を高密度化するとともに、液体流路を簡素化した液体吐出ヘッド及びその製造方法並びにこれを備えた画像形成装置に関する。   The present invention relates to a technical field of an image forming apparatus provided with a liquid discharge head, and in particular, a liquid discharge head in which the arrangement of discharge ports for discharging a liquid is increased in density and a liquid flow path is simplified, and a method for manufacturing the same The present invention also relates to an image forming apparatus having the same.
従来より、画像形成装置として、多数のノズル(吐出口)を配列させたインクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)を有し 、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルから被記録媒体に向けてインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を記録するインクジェットプリンタ(インクジェット記録装置)が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an image forming apparatus has an inkjet head (liquid ejection head) in which a large number of nozzles (ejection ports) are arranged, and the inkjet head and the recording medium are moved relative to each other while the inkjet head and the recording medium are moved relative to each other. Inkjet printers (inkjet recording apparatuses) are known that record an image on a recording medium by ejecting ink toward the recording medium.
このようなインクジェットプリンタは、インクタンクからインク供給路を介して圧力室にインクを供給し、画像データに応じた電気信号を圧電素子に付与して圧電素子を駆動することにより、圧力室の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を減少させ、圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出するようになっている。   Such an ink jet printer supplies ink to a pressure chamber from an ink tank via an ink supply path, applies an electrical signal corresponding to image data to the piezoelectric element, and drives the piezoelectric element, thereby The diaphragm constituting the portion is deformed to reduce the volume of the pressure chamber, and the ink in the pressure chamber is ejected as droplets from the nozzle.
このようにインクジェットプリンタにおいては、ノズルから吐出されたインクによって形成されるドットを組み合わせることによって被記録媒体上に1つの画像が形成される。近年、インクジェットプリンタにおいても写真プリント並みの高画質な画像を形成することが望まれている。これに対して、ノズル径を小さくしてノズルから吐出されるインク液滴を小さくするとともに、ノズルを高密度に配列して1画像あたりの画素数を多くすることによって高画質を実現することが考えられている。   Thus, in an inkjet printer, one image is formed on a recording medium by combining dots formed by ink ejected from nozzles. In recent years, it has been desired to form high-quality images that are comparable to photographic prints in inkjet printers. On the other hand, it is possible to achieve high image quality by reducing the nozzle diameter to reduce the ink droplets ejected from the nozzle and increasing the number of pixels per image by arranging the nozzles at high density. It is considered.
ノズルの高密度化を実現するためには、電気配線やインク流路の構成を工夫することが不可欠である。そこで従来、ノズル配列を高密度化するとともに、インク供給能率を向上させ、プリント速度を高速化させる様々な提案がなされている。   In order to achieve a high density of nozzles, it is essential to devise the configuration of electrical wiring and ink flow paths. Thus, various proposals have been made to increase the density of the nozzle arrangement, improve the ink supply efficiency, and increase the printing speed.
例えば、圧力室の1面を形成する振動板に、インクを圧力室へ供給するインク供給路を設けるとともに、振動板の裏面にリザーバ(共通液室)を形成し、圧力室にリザーバよりインク供給路を介してインクを供給するようにして、ノズルの高密度化を図るようにしたものが知られている(例えば、特許文献1等参照)。   For example, an ink supply path for supplying ink to the pressure chamber is provided on the vibration plate that forms one surface of the pressure chamber, and a reservoir (common liquid chamber) is formed on the back surface of the vibration plate, and ink is supplied from the reservoir to the pressure chamber. There is known one in which ink is supplied through a path so as to increase the density of the nozzles (see, for example, Patent Document 1).
また例えば、圧力室のノズルが設けられた面とは反対側の面に圧電素子を設け、さらに圧電素子側にインク供給用のリザーバの一部を配置し、また圧電素子には覆いを設け、ワイヤボンドや薄膜で電極を取り出すようにして、構造の簡素化を図るようにしたものが知られている(例えば、特許文献2等参照)。   Also, for example, a piezoelectric element is provided on the surface of the pressure chamber opposite to the surface on which the nozzle is provided, a part of the ink supply reservoir is disposed on the piezoelectric element side, and a cover is provided on the piezoelectric element. A device is known in which the electrode is taken out by wire bonding or a thin film to simplify the structure (see, for example, Patent Document 2).
また例えば、圧力室に対して圧電アクチュエータをノズル面側に配置し、さらにアルミプラグが積層を貫通する構成を採用し、Siのフォトエッチングでインクジェットヘッドを形成することで、高密度化、低コスト化を実現するようにしたものが知られている(例えば、特許文献3等参照)。   In addition, for example, a piezoelectric actuator is arranged on the nozzle surface side with respect to the pressure chamber, and a structure in which an aluminum plug penetrates the stack is adopted, and an inkjet head is formed by Si photoetching, thereby achieving high density and low cost. There are known ones that realize the conversion (see, for example, Patent Document 3).
また例えば、振動板に供給絞りを設け、圧電素子の圧力室とは反対側にインク供給部としてのインク供給タンクを設け、インク供給タンクから振動板を貫いて圧力室に連通するインク供給口を形成するとともに、インク供給部は、圧電素子に対し絶縁性の密閉カバーとして作用し、圧電素子の覆いやダンパ機能も備え、多ノズル化、低コスト化を図り、高
精度化を実現しようとしたものが知られている(例えば、特許文献4等参照)。
Further, for example, a diaphragm is provided with a supply throttle, an ink supply tank as an ink supply unit is provided on the opposite side of the pressure chamber of the piezoelectric element, and an ink supply port that communicates with the pressure chamber from the ink supply tank through the diaphragm. At the same time, the ink supply part acts as an insulating hermetic cover for the piezoelectric element, and also has a cover and damper function for the piezoelectric element, thereby increasing the number of nozzles, reducing the cost, and achieving high accuracy. (For example, see Patent Document 4).
また例えば、インク供給層として、焼結ステンレス鋼などの多数の小さな内部接続された孔を有する多孔質材を用い、ここを通るインクの通過を可能とし、リフィル性を向上させ、高プリント速度、高信頼性を可能とし、多数の種類のインク調合性及び濾過性に優れたインクジェットヘッドを実現しようとしたものが知られている(例えば、特許文献5等参照)。
特開平9−226114号公報 特開2000−127379号公報 特開2000−289201号公報 特開2001−179973号公報 特表2003−512211号公報
Also, for example, as the ink supply layer, a porous material having a large number of small internally connected holes such as sintered stainless steel is used, allowing ink to pass therethrough, improving refillability, There has been known a device which is intended to realize an ink jet head capable of high reliability and excellent in many kinds of ink blending properties and filterability (see, for example, Patent Document 5).
JP-A-9-226114 JP 2000-127379 A JP 2000-289201 A JP 2001-179773 A Japanese translation of PCT publication No. 2003-512221
しかしながら、例えば上記特許文献1、2あるいは4に記載されたもののように、圧電体を挟んで振動板及び圧力室とは反対側に、共通流路(共通液室)あるいはその一部を形成した場合には、さらなる高密度化、吐出駆動の高速化(高周波数化)を図るためには、圧力室側のスペースの観点から、圧力室側には、圧力室とノズルのみで、振動板に供給路(供給口)を形成し、共通流路を、振動板を挟んで完全に対向面側(圧力室とは反対側)に持って来ることが必要となるとともに、圧電体に駆動信号を供給するための電気配線等を高密度に配線することが必須となる。しかし、その場合に、配線を圧電体と同一面上で取り出そうとすると、多層フレキシブルケーブルが必要となるなど、実装技術において大きな問題がある。   However, a common flow path (common liquid chamber) or a part thereof is formed on the opposite side of the diaphragm and the pressure chamber with the piezoelectric body interposed therebetween, for example, as described in Patent Document 1, 2 or 4 above. In this case, in order to further increase the density and speed (high frequency) of the ejection drive, from the viewpoint of the space on the pressure chamber side, only the pressure chamber and the nozzle are used on the pressure chamber side, and the diaphragm is used. It is necessary to form a supply path (supply port) and bring the common flow path completely to the opposite surface side (opposite to the pressure chamber) with the diaphragm in between. It is indispensable to wire the electrical wiring and the like for supply with high density. However, in this case, if the wiring is taken out on the same plane as the piezoelectric body, there is a big problem in the mounting technology such that a multilayer flexible cable is required.
また、上記特許文献1に記載のものは、1440dpiでアクチュエータ(ピエゾ)を1列に並べており、配線についての記載はなく、あまり実用的とは言えず、さらなる高密度化は困難であるという問題がある。   Further, in the above-mentioned Patent Document 1, actuators (piezos) are arranged in a row at 1440 dpi, there is no description about wiring, and it is not very practical, and it is difficult to further increase the density. There is.
また、上記特許文献2に記載されたものは、共通液室(リザーバ)の一部を圧電素子側に設けているが、やはり依然として共通液室の一部は圧力室側にあり、また共通液室を圧電素子の電装面より外面に設けているため、高密度化には向かないという問題がある。   In addition, in the above-described Patent Document 2, a part of the common liquid chamber (reservoir) is provided on the piezoelectric element side, but a part of the common liquid chamber is still on the pressure chamber side, Since the chamber is provided on the outer surface from the electrical surface of the piezoelectric element, there is a problem that it is not suitable for high density.
また、上記特許文献3に記載のものは、ノズル側に圧電アクチュエータがあり、ICを一体形成するようにし、また共通液室を圧電アクチュエータ側(結局ノズル側)に設けるとともに、駆動回路から垂直に電気配線(アルミプラグ)を形成しているが、共通液室は圧電アクチュエータの外側に形成され、またアルミプラグも圧電アクチュエータや共通液室以外の場所において積層中を貫通するように形成されているためその分スペースが必要となり、高密度化は難しいという問題がある。   Further, in the above-mentioned Patent Document 3, there is a piezoelectric actuator on the nozzle side so that an IC is integrally formed, and a common liquid chamber is provided on the piezoelectric actuator side (finally the nozzle side) and is perpendicular to the drive circuit. Although electric wiring (aluminum plug) is formed, the common liquid chamber is formed outside the piezoelectric actuator, and the aluminum plug is also formed so as to penetrate through the stack in places other than the piezoelectric actuator and the common liquid chamber. For this reason, there is a problem that space is required, and high density is difficult.
また、上記特許文献4に記載のものは、ジルコニアからなる振動板の圧電素子が存在しない領域にインク供給用の孔を設けるようにしているが、配線は圧電素子面上にあるため、このような形状のものでは、特にマトリクス構造への適用が難しく、高密度化は困難であるという問題がある。   In addition, in the above-mentioned Patent Document 4, an ink supply hole is provided in a region where a piezoelectric element of a diaphragm made of zirconia is not present, but the wiring is on the surface of the piezoelectric element. In the case of a simple shape, there is a problem that application to a matrix structure is particularly difficult and it is difficult to increase the density.
さらに、上記特許文献5に記載のものでは、絶縁板の両面にバンプを形成し、弾性パッドで圧電素子を加圧して電極を取り出すようにしているが、高密度化が難しく、接続も不安定になりやすいという問題がある。   Furthermore, in the thing of the said patent document 5, although the bump is formed in both surfaces of an insulating board and it presses a piezoelectric element with an elastic pad and it takes out an electrode, it is difficult to increase density and connection is also unstable. There is a problem that it is easy to become.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧電体とこれに垂直な柱状の電気
配線(エレキ柱)の製造プロセスとの融合、圧力室部材との接合容易性、及び柱状の電気配線と圧電体の液体に対するシール性の確保を図り、高密度化及び駆動の高速化を達成する液体吐出ヘッド及びその製造方法並びにこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances. The fusion of the piezoelectric body and the manufacturing process of the columnar electric wiring (electric column) perpendicular to the piezoelectric body, the ease of joining to the pressure chamber member, and the columnar shape It is an object of the present invention to provide a liquid discharge head, a method of manufacturing the same, and an image forming apparatus including the liquid discharge head, which can ensure the sealing performance of the electrical wiring and the piezoelectric material against the liquid, and achieve high density and high driving speed.
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電体を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン基板の少なくとも一部を除去し、前記シリコン基板の除去された部分に、前記圧電体を駆動するための駆動信号を供給する電気配線を形成する電気配線形成工程と、前記電気配線形成工程で少なくとも除去されない前記シリコン基板の部分の上に前記圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電体に関し、前記シリコン基板とは反対側に前記振動板を形成する振動板形成工程と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a liquid discharge head comprising: a vibration plate that forms part of a pressure chamber communicating with a nozzle that discharges a liquid; and a piezoelectric body that deforms the vibration plate. An electric wiring forming step of removing at least a part of the silicon substrate and forming an electric wiring for supplying a driving signal for driving the piezoelectric body to the removed part of the silicon substrate; A piezoelectric body forming step for forming the piezoelectric body on a portion of the silicon substrate that is not removed at least in the electrical wiring forming step, and a vibration for forming the diaphragm on the opposite side of the silicon substrate with respect to the piezoelectric body. And a plate forming step. A method of manufacturing a liquid discharge head is provided.
これにより、電気配線(エレキ柱)、圧電体及び振動板を同一基板に一体形成することができ、各構成要素の間に製造時の位置ずれを軽減することが可能となる。   As a result, the electric wiring (electric column), the piezoelectric body, and the diaphragm can be integrally formed on the same substrate, and positional deviation during manufacturing can be reduced between the components.
また、請求項2に示すように、請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、さらに、前記電気配線形成工程、前記圧電体形成工程及び前記振動板形成工程によって形成された前記電気配線、前記圧電体及び前記振動板を有する前記シリコン基板に対し、別途形成された圧力室とノズルを有するノズルプレートを接合する圧力室接合工程を含むことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the liquid ejection head manufacturing method according to the first aspect of the present invention, the liquid discharge head manufacturing method further includes the electric wiring forming step, the piezoelectric body forming step, and the diaphragm forming step. A pressure chamber joining step of joining a separately formed pressure chamber and a nozzle plate having a nozzle to the silicon substrate having electrical wiring, the piezoelectric body, and the vibration plate is included.
これにより、製造時の各部材のハンドリングが容易となり、圧電体が形成された基板に対して圧力室を接合する際の加圧が可能となる。   Thereby, handling of each member at the time of manufacture becomes easy, and the pressurization at the time of joining the pressure chamber to the substrate on which the piezoelectric body is formed becomes possible.
また、請求項3に示すように、請求項2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記電気配線形成工程において、前記電気配線は前記シリコン基板に垂直に形成されるとともに、さらに、前記圧力室接合工程の後、前記電気配線の外周部を被覆するシリコンを残して、前記電気配線間のシリコン基板を除去し、前記各圧力室に液体を供給する共通液室となる開口部を形成する共通液室形成工程を含むことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing the liquid ejection head according to the second aspect, in the electric wiring forming step, the electric wiring is formed perpendicular to the silicon substrate, and After the pressure chamber bonding step, the silicon substrate covering the outer periphery of the electric wiring is left, the silicon substrate between the electric wirings is removed, and an opening serving as a common liquid chamber for supplying a liquid to each pressure chamber is formed. A common liquid chamber forming step to be formed is included.
これにより、電気配線の外周部はシリコン面となり、インクと電気配線のシール(絶縁)が可能となる。   As a result, the outer peripheral portion of the electric wiring becomes a silicon surface, and sealing (insulation) between the ink and the electric wiring becomes possible.
また、請求項4に示すように、前記共通液室形成工程における前記シリコン基板の除去は、異方性エッチングまたはドライエッチングによって行うことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the removal of the silicon substrate in the common liquid chamber forming step is performed by anisotropic etching or dry etching.
これにより、シリコン基板面に略垂直に電気配線に沿った加工が可能であるとともに、精度良く共通液室を形成することができる。   As a result, it is possible to perform processing along the electrical wiring substantially perpendicular to the silicon substrate surface, and it is possible to form the common liquid chamber with high accuracy.
また、請求項5に示すように、前記圧電体形成工程を行った後、前記振動板形成工程の前に前記圧電体に対する熱処理工程を行うことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, a heat treatment step is performed on the piezoelectric body after the piezoelectric body forming step and before the diaphragm forming step.
これにより、振動板には熱処理に必要な500〜600℃の熱がかからず、熱歪を生じることがない。   As a result, the diaphragm is not heated to 500 to 600 ° C. necessary for heat treatment, and thermal distortion does not occur.
また、請求項6に示すように、前記振動板形成工程を行った後、前記電気配線と前記振動板を用いて前記圧電体の分極を行う分極工程を行うことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, after the vibration plate forming step, a polarization step of polarizing the piezoelectric body using the electric wiring and the vibration plate is performed.
これにより、一括で各圧電体の分極を行うことが可能となり、作業が効率化される。   Thereby, it becomes possible to carry out polarization of each piezoelectric body in a lump, and work is made efficient.
また、請求項7に示すように、前記電気配線形成工程における前記シリコン基板の除去は、異方性エッチングまたはドライエッチングによって行うとともに、前記電気配線はメッキで形成することを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, the removal of the silicon substrate in the electric wiring forming step is performed by anisotropic etching or dry etching, and the electric wiring is formed by plating.
これにより、精度良く穴加工ができるとともに、比較的安価に高アスペクトの電極が形成可能となる。   As a result, the hole can be drilled with high accuracy and a high aspect ratio electrode can be formed at a relatively low cost.
また、同様に前記目的を達成するために、請求項8に記載の発明は、液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板上に配置された圧電体に関して前記圧力室とは反対側に形成された、前記圧力室に液体を供給する共通液室と、前記圧電体に垂直に、前記共通液室内に立設された、前記圧電体を駆動する駆動信号を供給する電気配線と、前記電気配線の外周部を被覆するシリコンのコーティングと、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。   Similarly, in order to achieve the object, the invention according to claim 8 relates to a piezoelectric body disposed on a diaphragm that forms a part of a pressure chamber communicating with a nozzle for discharging a liquid. A common liquid chamber that is formed on the opposite side to supply the liquid to the pressure chamber, and a drive signal that drives the piezoelectric body, which is erected in the common liquid chamber, perpendicular to the piezoelectric body. There is provided a liquid discharge head having an electrical wiring and a silicon coating covering an outer peripheral portion of the electrical wiring.
これにより、圧力室側の共通液室のスペースを削減できる事から、ノズルの高密度化が可能となり、配線も2次元で取り出せる事から、狭ピッチが必要なくなる。   As a result, the space for the common liquid chamber on the pressure chamber side can be reduced, so that the nozzle density can be increased and the wiring can be taken out in two dimensions, so that a narrow pitch is not necessary.
また、請求項9に示すように、前記共通液室内に、前記電気配線とは別に、シリコンの柱が前記圧電体に対して垂直に立設されたことを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, a silicon column is erected perpendicularly to the piezoelectric body, separately from the electrical wiring, in the common liquid chamber.
これにより、液体吐出ヘッドの機械的強度を向上させることができる。   Thereby, the mechanical strength of the liquid discharge head can be improved.
また、同様に前記目的を達成するために、請求項10に記載の発明は、請求項8または9に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。   Similarly, in order to achieve the object, an invention according to claim 10 provides an image forming apparatus comprising the liquid ejection head according to claim 8 or 9.
これにより、高密度化された液体吐出ヘッドを用いて高画質の画像を形成することが可能となる。   As a result, it is possible to form a high-quality image using the liquid discharge head having a high density.
以上説明したように、本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法並びにこれを備えた画像形成装置によれば、圧電体と柱状の電気配線(エレキ柱)を共に同一のシリコン基板に形成するようにしているため、圧電体とこれに垂直な柱状の電気配線(エレキ柱)の製造プロセスを融合させることができ、製造時の位置ずれを軽減することができる。また、この圧電体と電気配線の形成された基板に圧力室を接合するようにした場合には、基板状態で圧力室を接合できるため、圧力室部材との接合容易性及び接合時の剛性を確保することができる。   As described above, according to the liquid discharge head, the manufacturing method thereof, and the image forming apparatus including the same according to the present invention, both the piezoelectric body and the columnar electric wiring (electric column) are formed on the same silicon substrate. Therefore, the manufacturing process of the piezoelectric body and the columnar electric wiring (electric column) perpendicular to the piezoelectric body can be integrated, and the positional deviation during the manufacturing can be reduced. In addition, when the pressure chamber is bonded to the substrate on which the piezoelectric body and the electric wiring are formed, the pressure chamber can be bonded in the substrate state, so that the bonding property to the pressure chamber member and the rigidity at the time of bonding are increased. Can be secured.
さらに、振動板形成後の工程で圧電体の分極を行うようにした場合には、圧電体の分極をプロセス中に全圧電体についてまとめて行うことが可能となる。また、電気配線の外周部をシリコンでコートするようにした場合には、電気配線の液体に対するシール性の確保を図ることができる。   Further, when the piezoelectric body is polarized in the process after the diaphragm is formed, the piezoelectric bodies can be polarized for all the piezoelectric bodies during the process. In addition, when the outer peripheral portion of the electrical wiring is coated with silicon, it is possible to ensure the sealing performance against the liquid of the electrical wiring.
以上のような工程を含んで液体吐出ヘッドを製造することにより、高密度化及び駆動の高速化を達成することが可能となる。   By manufacturing the liquid discharge head including the steps as described above, it is possible to achieve higher density and higher drive speed.
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法並びに
これを備えた画像形成装置について詳細に説明する。
Hereinafter, a liquid discharge head according to the present invention, a manufacturing method thereof, and an image forming apparatus including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。   FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of an embodiment of an ink jet recording apparatus as an image forming apparatus having a liquid ejection head according to the present invention.
図1に示すように、このインクジェット記録装置10は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド(液体吐出ヘッド)12K、12C、12M、12Yを有する印字部12と、各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録紙16を供給する給紙部18と、記録紙16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙16の平面性を保持しながら記録紙16を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、印画済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部26とを備えている。   As shown in FIG. 1, the inkjet recording apparatus 10 includes a printing unit 12 having a plurality of printing heads (liquid ejection heads) 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for each ink color, and each printing head 12K, 12C, 12M, and 12Y, an ink storage / loading unit 14 that stores ink to be supplied, a paper feeding unit 18 that supplies recording paper 16, a decurling unit 20 that removes curling of the recording paper 16, and the printing The suction belt conveyance unit 22 that is arranged to face the nozzle surface (ink ejection surface) of the unit 12 and conveys the recording paper 16 while maintaining the flatness of the recording paper 16, and the print detection that reads the printing result by the printing unit 12 And a paper discharge unit 26 for discharging the printed recording paper (printed matter) to the outside.
図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。   In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the paper supply unit 18, but a plurality of magazines having different paper widths, paper quality, and the like may be provided side by side. Further, instead of the roll paper magazine or in combination therewith, the paper may be supplied by a cassette in which cut papers are stacked and loaded.
ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録紙16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。   In the case of an apparatus configuration using roll paper, a cutter 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the cutter 28. The cutter 28 includes a fixed blade 28A having a length equal to or greater than the conveyance path width of the recording paper 16, and a round blade 28B that moves along the fixed blade 28A. The fixed blade 28A is provided on the back side of the print. The round blade 28B is arranged on the print surface side with the conveyance path interposed therebetween. Note that the cutter 28 is not necessary when cut paper is used.
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。   When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Therefore, it is preferable to automatically determine the type of paper to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the type of paper.
給紙部18から送り出される記録紙16はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム30で記録紙16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。   The recording paper 16 delivered from the paper supply unit 18 retains curl due to having been loaded in the magazine. In order to remove this curl, heat is applied to the recording paper 16 by the heating drum 30 in the direction opposite to the curl direction of the magazine in the decurling unit 20. At this time, it is more preferable to control the heating temperature so that the printed surface is slightly curled outward.
デカール処理後、カットされた記録紙16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラー31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する部分が平面(フラット面)をなすように構成されている。   After the decurling process, the cut recording paper 16 is sent to the suction belt conveyance unit 22. The suction belt conveyance unit 22 has a structure in which an endless belt 33 is wound between rollers 31 and 32, and at least a portion facing the nozzle surface of the printing unit 12 and the sensor surface of the printing detection unit 24 is flat ( Flat surface).
ベルト33は、記録紙16幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(図示省略)が形成されている。図1に示したとおり、ローラー31、32間に掛け渡されたベルト33の内側において印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー34が設けられており、この吸着チャンバー34をファン35で吸引して負圧にすることによってベルト33上の記録紙16が吸着保持される。   The belt 33 has a width that is wider than the width of the recording paper 16, and a plurality of suction holes (not shown) are formed on the belt surface. As shown in FIG. 1, an adsorption chamber 34 is provided at a position facing the nozzle surface of the print unit 12 and the sensor surface of the print detection unit 24 inside the belt 33 spanned between the rollers 31 and 32. Then, the suction chamber 34 is sucked by the fan 35 to be a negative pressure, whereby the recording paper 16 on the belt 33 is sucked and held.
ベルト33が巻かれているローラー31、32の少なくとも一方にモータ(図示省略)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1において、時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録紙16は、図1の左から右へと搬送される。   The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the rollers 31 and 32 around which the belt 33 is wound, so that the belt 33 is driven in the clockwise direction in FIG. The recording paper 16 is conveyed from left to right in FIG.
縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。   Since ink adheres to the belt 33 when a borderless print or the like is printed, the belt cleaning unit 36 is provided at a predetermined position outside the belt 33 (an appropriate position other than the print area). Although details of the configuration of the belt cleaning unit 36 are not shown, for example, there are a method of niping a brush roll, a water absorbing roll, etc., an air blowing method of spraying clean air, or a combination thereof. In the case where the cleaning roll is nipped, the cleaning effect is great if the belt linear velocity and the roller linear velocity are changed.
なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。   Although a mode using a roller / nip transport mechanism instead of the suction belt transport unit 22 is also conceivable, when the print area is transported by a roller / nip, the roller comes into contact with the print surface of the paper immediately after printing, so that the image blurs. There is a problem that it is easy. Therefore, as in this example, suction belt conveyance that does not contact the image surface in the printing region is preferable.
吸着ベルト搬送部22により形成される用紙搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録紙16に加熱空気を吹きつけ、記録紙16を加熱する。印字直前に記録紙16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。   A heating fan 40 is provided on the upstream side of the printing unit 12 on the paper conveyance path formed by the suction belt conveyance unit 22. The heating fan 40 heats the recording paper 16 by blowing heated air onto the recording paper 16 before printing. Heating the recording paper 16 immediately before printing makes it easier for the ink to dry after landing.
図2は、インクジェット記録装置10の印字部12周辺を示す要部平面図である。   FIG. 2 is a main part plan view showing the periphery of the printing unit 12 of the inkjet recording apparatus 10.
図2に示すように、印字部12は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。   As shown in FIG. 2, the printing unit 12 is a so-called full-line type in which a line-type head having a length corresponding to the maximum paper width is arranged in a direction (main scanning direction) perpendicular to the paper transport direction (sub-scanning direction). It has become the head of.
各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yは、本インクジェット記録装置10が対象とする最大サイズの記録紙16の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。   Each of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y is a line-type head in which a plurality of ink discharge ports (nozzles) are arranged over a length that exceeds at least one side of the maximum size recording paper 16 targeted by the inkjet recording apparatus 10. It is configured.
記録紙16の搬送方向(紙搬送方向)に沿って上流側(図1の左側)から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応した印字ヘッド12K、12C、12M、12Yが配置されている。記録紙16を搬送しつつ各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙16上にカラー画像を形成し得る。   Printing corresponding to each color ink in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side (left side in FIG. 1) along the conveyance direction (paper conveyance direction) of the recording paper 16 Heads 12K, 12C, 12M, and 12Y are arranged. A color image can be formed on the recording paper 16 by discharging the color inks from the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y while the recording paper 16 is conveyed.
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部12によれば、紙搬送方向(副走査方向)について記録紙16と印字部12を相対的に移動させる動作を一回行うだけで(すなわち、一回の副走査で)記録紙16の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向(主走査方向)に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。   Thus, according to the printing unit 12 in which the full line head that covers the entire width of the paper is provided for each ink color, the recording paper 16 and the printing unit 12 are relatively moved in the paper transport direction (sub-scanning direction). It is possible to record an image on the entire surface of the recording paper 16 by performing this operation only once (that is, by one sub-scan). Accordingly, high-speed printing is possible as compared with a shuttle type head in which the print head reciprocates in a direction (main scanning direction) orthogonal to the paper transport direction, and productivity can be improved.
なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、(1)全ノズルを同時に駆動するか、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、(3)ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向(記録紙の搬送方向と直交する方向)に1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される1ライン(帯状領域の長手方向)の示す方向を主走査方向という。   Here, the main scanning direction and the sub-scanning direction are used in the following meaning. That is, when driving the nozzles with a full line head having a nozzle row corresponding to the full width of the recording paper, (1) whether all the nozzles are driven simultaneously or (2) whether the nozzles are driven sequentially from one side to the other (3) The nozzles are divided into blocks, and each nozzle is driven sequentially from one side to the other for each block, and the width direction of the paper (perpendicular to the conveyance direction of the recording paper) Nozzle driving that prints one line (a line made up of a single row of dots or a line made up of a plurality of rows of dots) in the direction of scanning is defined as main scanning. A direction indicated by one line (longitudinal direction of the belt-like region) recorded by the main scanning is called a main scanning direction.
一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。   On the other hand, by relatively moving the above-described full line head and the recording paper, printing of one line (a line formed by one line of dots or a line composed of a plurality of lines) formed by the above-described main scanning is repeatedly performed. Is defined as sub-scanning. A direction in which sub-scanning is performed is referred to as a sub-scanning direction. After all, the conveyance direction of the recording paper is the sub-scanning direction, and the direction orthogonal to it is the main scanning direction.
また本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。   Further, in this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink and dark ink are added as necessary. May be. For example, it is possible to add a print head that discharges light ink such as light cyan and light magenta.
図1に示したように、インク貯蔵/装填部14は、各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段等)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。   As shown in FIG. 1, the ink storage / loading unit 14 has tanks that store inks of colors corresponding to the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y, and each tank has a pipeline that is not shown. The print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y communicate with each other. Further, the ink storage / loading unit 14 includes notifying means (display means, warning sound generating means, etc.) for notifying when the ink remaining amount is low, and has a mechanism for preventing erroneous loading between colors. is doing.
印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ等)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。   The print detection unit 24 includes an image sensor (line sensor or the like) for imaging the droplet ejection result of the print unit 12, and means for checking nozzle clogging and other ejection defects from the droplet ejection image read by the image sensor. Function as.
本例の印字検出部24は、少なくとも各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列とからなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が2次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。   The print detection unit 24 of this example is composed of a line sensor having a light receiving element array that is wider than at least the ink ejection width (image recording width) by the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y. The line sensor includes an R sensor row in which photoelectric conversion elements (pixels) provided with red (R) color filters are arranged in a line, a G sensor row provided with green (G) color filters, The color separation line CCD sensor includes a B sensor array provided with a blue (B) color filter. Instead of the line sensor, an area sensor in which the light receiving elements are two-dimensionally arranged can be used.
印字検出部24は、各色の印字ヘッド12K、12C、12M、12Yにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。   The print detection unit 24 reads the test pattern printed by the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y for each color, and detects the ejection of each head. The ejection determination includes the presence / absence of ejection, measurement of dot size, measurement of dot landing position, and the like.
印字検出部24の後段には、後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。   A post-drying unit 42 is provided following the print detection unit 24. The post-drying unit 42 is means for drying the printed image surface, and for example, a heating fan is used. Since it is preferable to avoid contact with the printing surface until the ink after printing is dried, a method of blowing hot air is preferred.
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。   When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by blocking the paper holes by pressurization. There is an effect to.
後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー45で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。   A heating / pressurizing unit 44 is provided following the post-drying unit 42. The heating / pressurizing unit 44 is a means for controlling the glossiness of the image surface, and pressurizes with a pressure roller 45 having a predetermined uneven surface shape while heating the image surface to transfer the uneven shape to the image surface. To do.
このようにして生成されたプリント物は、排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリン
ト物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り換える選別手段(図示省略)が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成されている。
The printed matter generated in this manner is outputted from the paper output unit 26. It is preferable that the original image to be printed (printed target image) and the test print are discharged separately. The ink jet recording apparatus 10 is provided with a selecting means (not shown) for switching the paper discharge path in order to select the printed matter of the main image and the printed matter of the test print and send them to the respective discharge portions 26A and 26B. ing. Note that when the main image and the test print are simultaneously formed in parallel on a large sheet, the test print portion is separated by a cutter (second cutter) 48. The cutter 48 is provided immediately before the paper discharge unit 26, and cuts the main image and the test print unit when the test print is performed on the image margin. The structure of the cutter 48 is the same as that of the first cutter 28 described above, and includes a fixed blade 48A and a round blade 48B.
また、図示を省略したが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。   Although not shown, the paper output unit 26A for the target prints is provided with a sorter for collecting prints according to print orders.
次に、印字ヘッド(液体吐出ヘッド)のノズル(液体吐出口)の配置について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によって印字ヘッドを表すものとし、図3に印字ヘッド50の平面透視図を示す。   Next, the arrangement of the nozzles (liquid ejection ports) of the print head (liquid ejection head) will be described. Since the structures of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for each ink color are common, the print head is represented by the reference numeral 50 in the following, and the print head 50 is shown in FIG. The plane perspective view of is shown.
図3に示すように、本実施形態の印字ヘッド50は、インクを液滴として吐出するノズル51、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室52、図3では図示を省略した共通流路から圧力室52にインクを供給するインク供給口53を含んで構成される圧力室ユニット54が千鳥状の2次元マトリクス状に配列され、ノズル51の高密度化が図られている。   As shown in FIG. 3, the print head 50 of this embodiment includes a nozzle 51 that ejects ink as droplets, a pressure chamber 52 that applies pressure to ink when ejecting ink, and a common flow that is not shown in FIG. The pressure chamber units 54 each including an ink supply port 53 for supplying ink from the passage to the pressure chamber 52 are arranged in a staggered two-dimensional matrix so as to increase the density of the nozzles 51.
このような印字ヘッド50上のノズル配置のサイズは特に限定されるものではないが、一例として、ノズル51を横48行(21mm)、縦600列(305mm)に配列することにより2400npi(ノズル・パー・インチ)を達成する。   The size of the nozzle arrangement on the print head 50 is not particularly limited. As an example, the nozzles 51 are arranged in 48 rows (21 mm) and 600 columns (305 mm) in the horizontal direction to 2400 npi (nozzle- Par-inch).
図3に示す例においては、各圧力室52を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室52の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。圧力室52には、図3に示すように、その対角線の一方の端にノズル51が形成され、他方の端の側にインク供給口53が設けられている。   In the example shown in FIG. 3, when each pressure chamber 52 is viewed from above, the planar shape thereof is substantially square, but the planar shape of the pressure chamber 52 is not limited to such a square. Absent. As shown in FIG. 3, the pressure chamber 52 is provided with a nozzle 51 at one end of the diagonal and an ink supply port 53 at the other end.
また、図4は他の印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図4に示すように、複数の短尺ヘッド50’を2次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド50’全体で印字媒体の全幅に対応する長さとなるようにして1つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。   FIG. 4 is a perspective plan view showing another structural example of the print head. As shown in FIG. 4, a plurality of short heads 50 'are arranged and connected in a two-dimensional staggered pattern so that the entire length of the plurality of short heads 50' corresponds to the entire width of the print medium. One long full line head may be configured.
本実施形態では、このように印字ヘッドの高密度化を実現するために、まず、例えば図3に示したように、圧力室52(ノズル51)を2次元マトリクス状に配置してノズル51の高密度化(例えば2400npi)を図っている。次に、詳しくは以下説明するが、本実施形態では、圧力室52にインクを供給する共通液室を振動板の上側に配置し、インクのリフィル性を重視するため大きなインクプールとして、この共通液室から直接圧力室52へインクを供給するようにして流路抵抗となるような配管をなくしてインク供給系を簡素化し高集積化するようにした。さらに、圧力室52を変形する圧電素子の電極(個別電極)に駆動信号を供給する圧電素子配線(電気配線)を各個別電極から垂直に立ち上げて共通液室中を貫通するようにして上部の多層フレキシブルケーブル等の配線基板に接続するようにしている。   In the present embodiment, in order to realize the high density of the print head in this way, first, as shown in FIG. 3, for example, the pressure chambers 52 (nozzles 51) are arranged in a two-dimensional matrix so that the nozzles 51 The density is increased (for example, 2400 npi). Next, as will be described in detail below, in this embodiment, a common liquid chamber that supplies ink to the pressure chamber 52 is disposed on the upper side of the diaphragm, and this common ink chamber is used as a large ink pool in order to emphasize ink refillability. Ink is directly supplied from the liquid chamber to the pressure chamber 52, and piping that becomes a flow path resistance is eliminated to simplify and highly integrate the ink supply system. Further, the piezoelectric element wiring (electrical wiring) for supplying a drive signal to the electrode (individual electrode) of the piezoelectric element that deforms the pressure chamber 52 is vertically raised from each individual electrode so as to penetrate through the common liquid chamber. It is connected to a wiring board such as a multi-layer flexible cable.
図5に、このような高密度化された本実施形態における印字ヘッド50の一部を、簡単化した斜視透視図で示す。   FIG. 5 is a simplified perspective perspective view showing a part of the print head 50 according to the present embodiment having such a high density.
図5に示すように、本実施形態の印字ヘッド50においては、ノズル51とインク供給口53を有する圧力室52の上側に、圧力室52の上面を形成する振動板56が配置され、振動板56上の各圧力室52に対応する部分に上下を電極で挟んだピエゾ等の圧電体で構成される圧電素子58(圧電アクチュエータ)が配置され、圧電素子58はその上面に個別電極57を有している。   As shown in FIG. 5, in the print head 50 of the present embodiment, a diaphragm 56 that forms the upper surface of the pressure chamber 52 is disposed above the pressure chamber 52 having the nozzle 51 and the ink supply port 53, and the diaphragm A piezoelectric element 58 (piezoelectric actuator) composed of a piezoelectric material such as a piezo sandwiched between electrodes is disposed in a portion corresponding to each pressure chamber 52 on 56, and the piezoelectric element 58 has an individual electrode 57 on its upper surface. is doing.
そして、この個別電極57の端面から圧力室52から外側へ電極接続部としての電極パッド59が引き出されて形成され、電極パッド59上に電気配線60が略垂直に立ち上がって形成されている。この略垂直に立ち上がった電気配線60の上には多層のフレキシブルケーブル62が配置され、図示を省略したヘッドドライバからこれらの配線を介して駆動信号が圧電素子58の個別電極57に供給されるようになっている。   An electrode pad 59 as an electrode connection portion is drawn out from the end face of the individual electrode 57 to the outside from the pressure chamber 52, and the electric wiring 60 is formed on the electrode pad 59 so as to rise substantially vertically. A multilayer flexible cable 62 is disposed on the electrical wiring 60 that rises substantially vertically, and a drive signal is supplied to the individual electrode 57 of the piezoelectric element 58 from the head driver (not shown) via these wirings. It has become.
また、振動板56と多層フレキシブルケーブル62との間の柱状の電気配線60が立ち並んで形成された空間は、1つの大きな共通液室であり、ここから各インク供給口53を介して各圧力室52にインクを供給するための共通液室55となっている。   The space formed by the columnar electric wirings 60 arranged between the diaphragm 56 and the multilayer flexible cable 62 is one large common liquid chamber, from which each pressure chamber is connected via each ink supply port 53. A common liquid chamber 55 for supplying ink to 52 is provided.
なお、ここに示した共通液室55は、図3に示した全ての圧力室52にインクを供給するように、圧力室52が形成された全領域に渡って形成される1つの大きな空間となっているが、共通液室55は、このように一つの空間として形成されるものには限定されず、いくつかの領域に分かれて複数に形成されていてもよい。   The common liquid chamber 55 shown here is one large space formed over the entire region where the pressure chambers 52 are formed so as to supply ink to all the pressure chambers 52 shown in FIG. However, the common liquid chamber 55 is not limited to the one formed as a single space as described above, and may be divided into several regions and formed in a plurality.
各圧力室52毎に個別電極57から引き出されて設けられた電極パッド59上に垂直に柱のように立ち上がった電気配線60は、多層フレキシブルケーブル62を下から支え、共通液室55となる空間を形成している。逆に言うと、電気配線60は、共通液室55を貫通するように形成されている。   The electrical wiring 60 that rises like a pillar vertically on the electrode pad 59 provided by being drawn out from the individual electrode 57 for each pressure chamber 52 supports the multilayer flexible cable 62 from below, and serves as a common liquid chamber 55. Is forming. In other words, the electric wiring 60 is formed so as to penetrate the common liquid chamber 55.
なお、ここに示した柱状の電気配線60は、各圧電素子58(の個別電極57)に対して1つずつ形成され、一対一に対応しているが、この柱の数を削減するために、いくつかの圧電素子58に対する電気配線60をまとめて1つの柱として形成するように複数の圧電素子58に対して1つの柱が対応するようにしてもよい。さらに、個別電極57ばかりでなく、共通電極(振動板56)に対する配線もこのような圧電素子58に対する電気配線60と同様の柱状に形成するようにしてもよい。   The columnar electrical wiring 60 shown here is formed one by one for each piezoelectric element 58 (individual electrode 57 thereof) and has a one-to-one correspondence. In order to reduce the number of columns, Alternatively, one column may correspond to a plurality of piezoelectric elements 58 so that the electrical wiring 60 for several piezoelectric elements 58 is formed as one column. Furthermore, not only the individual electrode 57 but also the wiring for the common electrode (the diaphragm 56) may be formed in the same column shape as the electric wiring 60 for the piezoelectric element 58.
図5に示すようにノズル51が底面に形成され、ノズル51と対角をなす角部の上面側にインク供給口53が設けられている。インク供給口53は振動板56を貫いており、その上の共通液室55と圧力室52はインク供給口53を介して連通している。これにより、共通液室55と圧力室52を流体的に直接繋ぐことが出来る。   As shown in FIG. 5, the nozzle 51 is formed on the bottom surface, and the ink supply port 53 is provided on the upper surface side of the corner that forms a diagonal with the nozzle 51. The ink supply port 53 passes through the diaphragm 56, and the common liquid chamber 55 and the pressure chamber 52 thereabove communicate with each other via the ink supply port 53. Thereby, the common liquid chamber 55 and the pressure chamber 52 can be directly connected fluidically.
振動板56は、各圧力室52に共通のものとし1枚のプレートで形成されている。そして、振動板56の各圧力室52に対応する部分に、圧力室52を変形させるための圧電素子58が配置されている。圧電素子58に電圧を印加して駆動するための電極(共通電極と個別電極)が圧電素子58を挟むようにその上下面に形成されている。   The diaphragm 56 is common to the pressure chambers 52 and is formed of a single plate. In addition, piezoelectric elements 58 for deforming the pressure chambers 52 are arranged at portions corresponding to the pressure chambers 52 of the diaphragm 56. Electrodes (common electrode and individual electrode) for applying a voltage to the piezoelectric element 58 for driving are formed on the upper and lower surfaces so as to sandwich the piezoelectric element 58.
振動板56を例えばSUS等の導電性の薄膜で形成して、振動板56が共通電極を兼ねるようにしてもよい。このとき、圧電素子58の上面には個々の圧電素子58を個別に駆動するための個別電極57が形成される。   For example, the diaphragm 56 may be formed of a conductive thin film such as SUS, and the diaphragm 56 may also serve as a common electrode. At this time, individual electrodes 57 for individually driving the piezoelectric elements 58 are formed on the upper surface of the piezoelectric elements 58.
上述したように、この個別電極57から電極パッド59を引き出して形成し、電極パッド59の上に垂直に立ち上がり共通液室55を貫通する電気配線60(エレキ柱)が形成される。   As described above, the electrode pad 59 is drawn out from the individual electrode 57, and the electric wiring 60 (electric column) that rises vertically on the electrode pad 59 and penetrates the common liquid chamber 55 is formed.
柱状の電気配線60の上には多層フレキシブルケーブル62が形成されており、電気配線60が柱となって多層フレキシブルケーブル62を支え、振動板56を床、多層フレキシブルケーブル62を天井として、共通液室55としての空間が確保されるようになっている。また、図示は省略したが、各電気配線60は多層フレキシブルケーブル62に形成された個別の配線にそれぞれ接続され、これらの配線から各電気配線60を通じて個々の個別電極57に駆動信号が供給され、各圧電素子58がそれぞれ独立に駆動されるようになっている。   A multilayer flexible cable 62 is formed on the columnar electrical wiring 60. The electrical wiring 60 serves as a column to support the multilayer flexible cable 62, the diaphragm 56 as a floor, and the multilayer flexible cable 62 as a ceiling. A space as the chamber 55 is secured. Although not shown, each electrical wiring 60 is connected to an individual wiring formed on the multilayer flexible cable 62, and a drive signal is supplied from these wirings to each individual electrode 57 through each electrical wiring 60. Each piezoelectric element 58 is driven independently.
また、図5では図示を省略したが、共通液室55はインクで満たされるため、共通電極としての振動板56、個別電極57、電気配線60及び多層フレキシブルケーブル62のインクと接触する面はそれぞれ絶縁性の保護膜で覆われている。   Although not shown in FIG. 5, since the common liquid chamber 55 is filled with ink, the diaphragm 56, the individual electrode 57, the electric wiring 60, and the multilayer flexible cable 62 as the common electrode are in contact with the ink. It is covered with an insulating protective film.
なお、上述したような印字ヘッド50の各サイズは、特に限定されるものではないが、一例を示すと、圧力室52は平面形状が300μm×300μmの正方形で、高さが150μm、振動板56及び圧電素子58はそれぞれ厚さが10μm、電気配線60(エレキ柱)は電極パッド59との接続部の直径が100μm、高さは500μm等のように形成される。   Each size of the print head 50 as described above is not particularly limited. For example, the pressure chamber 52 is a square having a plane shape of 300 μm × 300 μm, a height of 150 μm, and a diaphragm 56. The piezoelectric element 58 is formed to have a thickness of 10 μm, the electric wiring 60 (electric column) has a diameter of a connection portion with the electrode pad 59 of 100 μm, a height of 500 μm, and the like.
図6は、本実施形態の印字ヘッド50の一部を拡大した断面図である。   FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a part of the print head 50 of this embodiment.
図6に示すように、印字ヘッド50は、複数の薄膜等が積層されて形成されている。まず、ノズル51が形成されたノズルプレート64の上に、圧力室52、インク供給口53等が形成された流路プレート66が積層される。図では、流路プレート66は、1枚のプレートのように表されているが、実際は、流路プレート66はさらに複数のプレートが積層されて形成されていてもよい。   As shown in FIG. 6, the print head 50 is formed by laminating a plurality of thin films and the like. First, a flow path plate 66 in which a pressure chamber 52, an ink supply port 53, and the like are formed is laminated on a nozzle plate 64 in which the nozzle 51 is formed. In the figure, the flow path plate 66 is represented as a single plate, but actually, the flow path plate 66 may be formed by stacking a plurality of plates.
流路プレート66の上には、圧力室52の天面を形成する振動板56が積層される。振動板56は、個別電極57とともに後述する圧電素子58を駆動するための共通電極をも兼ねていることが好ましい。また、振動板56には圧力室52のインク供給口53に対応する開口部が設けられ、これにより圧力室52と振動板56の上側に形成される共通液室55とが直接連通する。   A diaphragm 56 that forms the top surface of the pressure chamber 52 is laminated on the flow path plate 66. It is preferable that the diaphragm 56 also serves as a common electrode for driving a piezoelectric element 58 described later together with the individual electrode 57. The diaphragm 56 is provided with an opening corresponding to the ink supply port 53 of the pressure chamber 52, whereby the pressure chamber 52 and the common liquid chamber 55 formed on the upper side of the diaphragm 56 communicate directly.
振動板56(共通電極を兼ねる)上の圧力室52上面の略全面に対応する部分に圧電体58aが形成され、圧電体58aの上面には個別電極57が形成される。このようにして、その上下を共通電極(振動板56)と個別電極57とで挟まれた圧電体58aは、共通電極(振動板56)と個別電極57によって電圧が印加されると変形して圧力室52の体積を減少させ、ノズル51からインクを吐出させる圧電素子(圧電アクチュエータ)58を構成する。   A piezoelectric body 58a is formed on a portion corresponding to substantially the entire upper surface of the pressure chamber 52 on the diaphragm 56 (also serving as a common electrode), and an individual electrode 57 is formed on the upper surface of the piezoelectric body 58a. Thus, the piezoelectric body 58a sandwiched between the common electrode (the diaphragm 56) and the individual electrode 57 is deformed when a voltage is applied between the common electrode (the diaphragm 56) and the individual electrode 57. A piezoelectric element (piezoelectric actuator) 58 that reduces the volume of the pressure chamber 52 and ejects ink from the nozzle 51 is configured.
個別電極57のインク供給口53側端部から、外側へ配線が引き出されて電極接続部としての電極パッド59が形成されている。そして、この電極パッド59の上に、垂直に柱状に立ち上がる電気配線60(エレキ柱)が共通液室55を貫通するように形成される。なお、電極パッド59と共通電極(振動板56)との間及び個別電極57上には、例えばPI(ポリイミド)等の絶縁層68が形成される。   Wiring is led out from the end of the individual electrode 57 on the ink supply port 53 side to form an electrode pad 59 as an electrode connecting portion. On the electrode pad 59, an electrical wiring 60 (electric column) that rises vertically in a columnar shape is formed so as to penetrate the common liquid chamber 55. An insulating layer 68 such as PI (polyimide) is formed between the electrode pad 59 and the common electrode (diaphragm 56) and on the individual electrode 57.
電気配線60の上部には、多層フレキシブルケーブル62が形成され、多層フレキシブルケーブル62に形成される図示を省略した各配線が各電気配線60に接続し、各圧電素子58を駆動するための駆動信号がそれぞれの電気配線60を通じて供給されるようになっている。また、電気配線60と多層フレキシブルケーブル62とは、電極接続部72に
おいて導電性フィラー入り接着剤74によって接合されている。
A multilayer flexible cable 62 is formed above the electrical wiring 60, and each wiring (not shown) formed on the multilayer flexible cable 62 is connected to each electrical wiring 60 to drive each piezoelectric element 58. Are supplied through each electric wiring 60. In addition, the electrical wiring 60 and the multilayer flexible cable 62 are joined at the electrode connecting portion 72 by an adhesive 74 containing a conductive filler.
また、振動板56と多層フレキシブルケーブル62との間の柱状の電気配線60(エレキ柱)が林立して形成される空間は、圧力室52に供給するためのインクをプールする共通液室55となっており、ここにはインクが充満するため、振動板56、個別電極57、圧電体58a及び電気配線60さらに多層フレキシブルケーブル62等のインクに接する表面部分には絶縁・保護膜70が形成されている。   In addition, a space in which the columnar electric wiring 60 (electric column) between the diaphragm 56 and the multilayer flexible cable 62 is formed in a forest is a common liquid chamber 55 that pools ink to be supplied to the pressure chamber 52. Since this is filled with ink, an insulating / protective film 70 is formed on the surface portion in contact with the ink, such as the diaphragm 56, the individual electrode 57, the piezoelectric body 58a, the electric wiring 60, and the multilayer flexible cable 62. ing.
このように、本実施形態においては、従来、振動板に関して圧力室と同じ側にあった共通液室を、振動板の上側に持って行き、圧力室とは反対側に配置するようにしたため、従来必要であった共通液室から圧力室にインクを導くための配管等が不要となり、また共通液室のサイズを大きくすることができるためインクをきちんと供給することができ、ノズルの高密度化を達成することができるとともに、高密度化した場合においても高周波での駆動が可能となる。   As described above, in the present embodiment, the common liquid chamber that has conventionally been on the same side as the pressure chamber with respect to the diaphragm is brought to the upper side of the diaphragm, and arranged on the side opposite to the pressure chamber. Piping for guiding ink from the common liquid chamber to the pressure chamber, which was necessary in the past, is no longer necessary, and the size of the common liquid chamber can be increased, so that the ink can be supplied properly and the nozzle density is increased. Can be achieved, and high-frequency driving is possible even when the density is increased.
また、各圧電素子の個別電極への配線を個別電極の電極パッドから垂直に立ち上げ共通液室を貫通するようにしたため、駆動信号を各圧電素子に供給するための配線を高密度化することが可能となった。   In addition, since the wiring to the individual electrode of each piezoelectric element is set up vertically from the electrode pad of the individual electrode so as to penetrate the common liquid chamber, the wiring for supplying the drive signal to each piezoelectric element must be densified. Became possible.
また、共通液室を振動板の上側に配置して、共通液室と圧力室とを直接インク供給口で繋ぐようにしたため、共通液室と圧力室とを流体的に直接繋ぐことができ、さらに共通液室を振動板の上側に配置したため、圧力室52からノズル51までのノズル流路51aの長さを従来よりも短くすることができ、高密度化した場合であっても、高粘度インク(例えば、20cp〜50cp程度)の吐出が可能であり、また吐出後の迅速なリフィルが可能な流路構造とすることができる。   In addition, since the common liquid chamber is arranged on the upper side of the diaphragm so that the common liquid chamber and the pressure chamber are directly connected by the ink supply port, the common liquid chamber and the pressure chamber can be directly connected fluidically, Furthermore, since the common liquid chamber is disposed on the upper side of the diaphragm, the length of the nozzle flow path 51a from the pressure chamber 52 to the nozzle 51 can be made shorter than before, and even when the density is increased, the viscosity is high. Ink (for example, about 20 cp to 50 cp) can be discharged, and a flow path structure capable of quick refilling after discharge can be obtained.
次に、このような印字ヘッド50の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing such a print head 50 will be described.
図7に、柱状の電気配線(エレキ柱)60の製造プロセスを示し、図8に、圧電体(ピエゾ)と振動板の製造プロセスを示し、図9に、圧力室とIC基板を接合するプロセスを示す。   7 shows the manufacturing process of the columnar electric wiring (electric column) 60, FIG. 8 shows the manufacturing process of the piezoelectric body (piezo) and the diaphragm, and FIG. 9 shows the process of joining the pressure chamber and the IC substrate. Indicates.
まず、図7に沿って柱状の電気配線60の製造プロセスについて説明する。   First, a manufacturing process of the columnar electric wiring 60 will be described with reference to FIG.
図7(a)に示すように、面方向が(110)面である結晶方位のシリコン基板100を用意する。このシリコン基板100にスルーホールを開け、その中に高さ0.5mmの柱状の電気配線(エレキ柱)60を形成する。そのため、シリコン基板100としては、厚さ0.5mmのものを用いる。   As shown in FIG. 7A, a silicon substrate 100 having a crystal orientation in which the plane direction is the (110) plane is prepared. A through hole is opened in the silicon substrate 100, and a columnar electric wiring (electric column) 60 having a height of 0.5 mm is formed therein. Therefore, the silicon substrate 100 having a thickness of 0.5 mm is used.
次に、図7(b)に示すように、シリコン基板100の(図に示す)下面に、例えば、Au等の導電膜102をスパッタで付けて、さらにその下にSiO2 膜104をスパッタで付ける。ここで、導電膜102を付けておくのは、後の工程でメッキを成長させて柱状の電気配線60を形成する際、メッキ成長の種とするためと、圧電体(ピエゾ)をポーリングする際、ポーリングを一括で行うための電極とするためである。 Next, as shown in FIG. 7B, a conductive film 102 such as Au is sputtered on the lower surface (shown in the figure) of the silicon substrate 100, and an SiO 2 film 104 is sputtered thereon. wear. Here, the conductive film 102 is attached when the plating is grown in a later step to form the columnar electric wiring 60, to be a seed for plating growth, and when the piezoelectric body (piezo) is polled. This is because an electrode for performing polling at once is used.
次に、図7(c)に示すように、シリコン基板100の反対側(図の上面)にSiO2 膜106をスパッタで付けて、マスクを用いてフォトリソグラフィーにより電気配線60形成用のスルーホールとなる部分106aを形成する。このスルーホールとなる部分106aの径は約100μmである。 Next, as shown in FIG. 7C, a SiO 2 film 106 is sputtered on the opposite side (upper surface in the figure) of the silicon substrate 100, and a through hole for forming the electrical wiring 60 is formed by photolithography using a mask. A portion 106a is formed. The diameter of the through hole 106a is about 100 μm.
次に、図7(d)に示すように、(110)面の異方性エッチングあるいはフォトレジストを用いた反応性イオンエッチング(D−RIE)により、導電膜102の面までシリコン基板100をその厚み0.5mm(500μm)分を貫通させて、電気配線60形成用のスルーホール108を形成する。   Next, as shown in FIG. 7 (d), the silicon substrate 100 is moved to the surface of the conductive film 102 by anisotropic etching of the (110) plane or reactive ion etching (D-RIE) using a photoresist. A through hole 108 for forming the electrical wiring 60 is formed by penetrating a thickness of 0.5 mm (500 μm).
次に、図7(e)に示すように、Auの導電膜102まで開いた電気配線60形成用のスルーホール108に、金電極である導電膜102を種として、Cu、Cr等により電気配線60の配線部分110をメッキで形成する。   Next, as shown in FIG. 7 (e), an electric wiring made of Cu, Cr, or the like is formed in the through hole 108 for forming the electric wiring 60 that is opened up to the Au conductive film 102, using the conductive film 102 as a gold electrode as a seed. 60 wiring portions 110 are formed by plating.
最後に、図7(f)に示すように、上面のレジスト膜であるSiO2 膜106を剥離するとともに、上面がフラットになるようにその表面を研磨する。 Finally, as shown in FIG. 7F, the SiO 2 film 106 which is the resist film on the upper surface is peeled off and the surface thereof is polished so that the upper surface becomes flat.
次に図8に沿って、これに引き続いてPZT(ピエゾ)及び振動板を製造するプロセスを説明する。   Next, a process for manufacturing PZT and a diaphragm will be described with reference to FIG.
まず、図8(a)に示すように、上で説明した電気配線製造プロセスで製造した、電気配線60となる部分の形成されたシリコン基板100上に、レジストを塗布して、これに対しフォトリソグラフィーで加工してマスク112を作り、次の工程で個別電極57を形成するために空いた部分112aを形成する。   First, as shown in FIG. 8A, a resist is applied on the silicon substrate 100 formed with the electrical wiring manufacturing process described above and formed with a portion to be the electrical wiring 60, and a photo resist is applied thereto. A mask 112 is formed by processing by lithography, and an empty portion 112a is formed in order to form the individual electrode 57 in the next step.
次に、図8(b)に示すように、レジストマスク112で形成された個別電極57形成用の空いた部分112aに、白金(Pt)をスパッタで付けて、電気配線60と導通を図るための個別電極57を形成する。   Next, as shown in FIG. 8B, platinum (Pt) is sputtered on the vacant portion 112a for forming the individual electrode 57 formed by the resist mask 112 so as to be electrically connected to the electric wiring 60. The individual electrode 57 is formed.
次に、図8(c)に示すように、レジストマスク112の空いている部分112aに個別電極57が形成されフラットになった部分に対して、さらに圧電体(PZT)を形成するためのパターンでマスク114を付ける。   Next, as shown in FIG. 8C, a pattern for further forming a piezoelectric body (PZT) on the flat portion where the individual electrode 57 is formed in the vacant portion 112a of the resist mask 112. A mask 114 is attached.
次に、図8(d)に示すように、圧電体形成用のマスク114を用いて、AD(エアロゾルデポジション)法あるいはスパッタなどにより、ピエゾ(PZT)を、例えば厚み10μm程度に成膜し、圧電体58aを形成する。   Next, as shown in FIG. 8D, a piezo (PZT) film is formed to a thickness of, for example, about 10 μm by an AD (aerosol deposition) method or sputtering using a mask 114 for forming a piezoelectric body. The piezoelectric body 58a is formed.
次に、図8(e)に示すように、不要になった圧電体形成用のマスク114を剥離し、圧電体58aの結晶化を図るために焼成を行う。このとき、PZT結晶性によっては、例えばプラズマ・レーザ等によるエネルギーアシストにより結晶化を行う。また、圧電体形成時には600℃〜800℃の熱処理が行われるため、シリコン基板100と電気配線60の熱膨張差や電気配線60の材料の耐熱性等を考慮し、熱膨張係数が近く、融点の高い金属を電気配線60として使用することが好ましい。   Next, as shown in FIG. 8E, the mask 114 for forming the piezoelectric body that is no longer needed is peeled off, and baking is performed to crystallize the piezoelectric body 58a. At this time, depending on the PZT crystallinity, for example, crystallization is performed by energy assist using a plasma laser or the like. In addition, since heat treatment at 600 ° C. to 800 ° C. is performed at the time of forming the piezoelectric body, considering the difference in thermal expansion between the silicon substrate 100 and the electrical wiring 60, the heat resistance of the material of the electrical wiring 60, etc., the thermal expansion coefficient is close, and the melting point It is preferable to use a metal having a high thickness as the electric wiring 60.
具体的には、Si(シリコン)の熱膨張係数は、2.8×10-6/℃であり、これに対して、Cr(クローム)は、4.9×10-6/℃、W(タングステン)は、4.5×10-6/℃、またFe、Ni系の合金であるインバーは、2×10-6/℃以下である。特に、熱膨張係数がシリコンになるべく近いもので、耐熱の高い金属で、メッキできるものという観点から、クロームCrが最も好ましい。 Specifically, the thermal expansion coefficient of Si (silicon) is 2.8 × 10 −6 / ° C., whereas Cr (chrome) is 4.9 × 10 −6 / ° C., W ( Tungsten) is 4.5 × 10 −6 / ° C., and Invar which is an Fe-Ni alloy is 2 × 10 −6 / ° C. or less. In particular, chrome Cr is most preferable from the viewpoint that the coefficient of thermal expansion is as close as possible to that of silicon, a metal having high heat resistance, and a metal that can be plated.
次に、図8(f)に示すように、マスク114を剥離して空いたスペースに、ポリイミド(PI)68をスピンコートあるいはスプレーコートによりコートする。そして、その表面を、例えばCMP(ケミカル・メカニカル・ポリッシング)等によって研磨してフラットにする。   Next, as shown in FIG. 8 (f), polyimide (PI) 68 is coated by spin coating or spray coating on the space that is removed by peeling the mask 114. Then, the surface is polished and flattened, for example, by CMP (Chemical Mechanical Polishing).
次に、図8(g)に示すように、フラットにされた表面に、例えばCr等を、厚み約15μmぐらいでスパッタで付けて振動板56を形成する。   Next, as shown in FIG. 8G, for example, Cr or the like is applied to the flattened surface with a thickness of about 15 μm by sputtering to form the diaphragm 56.
次に、図8(h)に示すように、圧電体58aをまとめてポーリング(分極)するために、一番下のSiO2 膜104を剥離する。そして、加熱したシリコンオイルの中で、振動板56をグランドとして、各電気配線60により各個別電極57と導通しているAuの導電膜102に、例えば数10kV/mmの高圧の電界をかけることによって、圧電体(ピエゾ)58aを一括してポーリングする。 Next, as shown in FIG. 8H, the lowermost SiO 2 film 104 is peeled off in order to collectively poll the piezoelectric body 58a. Then, in the heated silicon oil, a high-voltage electric field of, for example, several tens of kV / mm is applied to the Au conductive film 102 that is electrically connected to each individual electrode 57 by each electric wiring 60 with the diaphragm 56 as a ground. Thus, the piezoelectric body (piezo) 58a is collectively polled.
次に、図8(i)に示すように、不要になった一番下のAuの導電膜102を例えばCMP等によって研磨することによって剥離する。これにより、下側の面は、電気配線60となる部分とシリコン基板100の両方が露出した状態となる。   Next, as shown in FIG. 8I, the lowermost Au conductive film 102 which is no longer needed is removed by polishing, for example, by CMP. As a result, the lower surface is in a state where both the portion that becomes the electrical wiring 60 and the silicon substrate 100 are exposed.
次に、図9に沿って、図8(i)の工程までで形成された基板に対し、従来法で形成した圧力室及びIC基板を接合して印字ヘッド50を製造するプロセスについて説明する。   Next, a process for manufacturing the print head 50 by bonding the pressure chamber and the IC substrate formed by the conventional method to the substrate formed up to the step of FIG.
まず、図9(a)に示すように、図8(i)の工程までで形成された基板に対して、ノズル穴51が形成されたノズルプレート64が接合された圧力室52を接合する。圧力室52を、図8(i)の工程までで形成された基板の振動板56に接合するようにする。このとき、電気配線60側の基板には、シリコン基板100がまだ残っており、これが接合時の加圧基板となり、これにより接合時の剛性を確保することができる。   First, as shown in FIG. 9A, the pressure chamber 52 in which the nozzle plate 64 in which the nozzle holes 51 are formed is bonded is bonded to the substrate formed up to the step of FIG. The pressure chamber 52 is joined to the vibration plate 56 of the substrate formed up to the step of FIG. At this time, the silicon substrate 100 still remains on the substrate on the electric wiring 60 side, and this becomes a pressure substrate at the time of bonding, thereby ensuring rigidity at the time of bonding.
また、振動板56に接合する圧力室52の隔壁側には供給路の一部となる部分が形成されている。また、ノズルプレート64の表面には、この後の様々な工程における処理からノズル面を保護するためにドライフィルム65が保護層として着けられている。   Further, a portion that becomes a part of the supply path is formed on the partition wall side of the pressure chamber 52 that is joined to the diaphragm 56. In addition, a dry film 65 is attached to the surface of the nozzle plate 64 as a protective layer in order to protect the nozzle surface from subsequent processing in various processes.
次に、図9(b)に示すように、電気配線60と共通液室55を作るために不要なシリコン基板100を除去するためのSiO2 膜等のマスク116を、下側の面に電気配線60の部分よりも少し大きめのパターンでスパッタにより形成する。 Next, as shown in FIG. 9B, a mask 116 such as a SiO 2 film for removing the silicon substrate 100 unnecessary for forming the electric wiring 60 and the common liquid chamber 55 is formed on the lower surface. A pattern slightly larger than the wiring 60 is formed by sputtering.
次に、図9(c)に示すように、下側から異方性エッチングで削って、白金の個別電極57が出るところまで貫通させるようにする。このとき、電気配線60(エレキ柱)の周囲にはシリコンを残すようにする。これは、シリコンを電気配線60の外周部に残してインクシール材として利用するためである。またこのようにして削られてできた開口部が最終的に共通液室55となる。なお、このようにシリコン基板100を削るのは、フォトレジストを用いた反応性イオンエッチング(D−RIE)によってもよい。   Next, as shown in FIG. 9 (c), it is shaved from the lower side by anisotropic etching so as to penetrate to the place where the platinum individual electrode 57 comes out. At this time, silicon is left around the electric wiring 60 (electric column). This is because silicon is used as an ink seal material while leaving silicon on the outer periphery of the electrical wiring 60. Further, the opening formed by cutting in this way finally becomes the common liquid chamber 55. Note that the silicon substrate 100 may be cut in this way by reactive ion etching (D-RIE) using a photoresist.
次に、図9(d)に示すように、共通液室55となる部分には、後にインクが充填されるため、個別電極57がむき出しとなっているとインクに接してしまうため、2〜3μmの厚さでポリイミド(PI)68をコートして絶縁するようにする。   Next, as shown in FIG. 9D, since the portion that becomes the common liquid chamber 55 is filled with ink later, if the individual electrode 57 is exposed, it comes into contact with the ink. The polyimide (PI) 68 is coated with a thickness of 3 μm to be insulated.
次に、図9(e)に示すように、一番下につけたSiO2 膜のマスク116を剥離する。そして、図9(f)に示すように、下側からレーザ等によりポリイミド68の層及びCrの振動板56の層に穴を開けて、圧力室52と共通液室55とを連通させ、供給口53を形成する。これにより、共通液室55と圧力室52を直接繋ぐことができる。 Next, as shown in FIG. 9E, the lowermost SiO 2 film mask 116 is peeled off. Then, as shown in FIG. 9 (f), a hole is made in the polyimide 68 layer and the Cr vibration plate 56 layer by a laser or the like from the lower side so that the pressure chamber 52 and the common liquid chamber 55 communicate with each other. A mouth 53 is formed. Thereby, the common liquid chamber 55 and the pressure chamber 52 can be directly connected.
最後に、図9(g)に示すように、この基板に対して、ICを形成した電装基板である多層フレキシブルケーブル62を接合する。この接合は、多層フレキシブルケーブル62の各電極接続部72と各電気配線60とを導電性フィラー入りの接着剤74で接合することによって行われる。このような接着剤としては、例えばエポキシに導電性粒子を混ぜた
ものがあり、導電性粒子としてはポリスチレン球の周りにNi−Au無電界メッキをしたものが知られている。またこの他、異方性導電膜(ACF)を用いて行ってもよい。これらはいずれも、加圧した方向にのみ電気的に接続し、それ以外の方向には絶縁性を有するように接合するものである。
Finally, as shown in FIG. 9G, a multilayer flexible cable 62, which is an electrical board on which an IC is formed, is joined to this board. This joining is performed by joining each electrode connection part 72 of the multilayer flexible cable 62 and each electric wiring 60 with an adhesive 74 containing a conductive filler. As such an adhesive, for example, there is an adhesive in which conductive particles are mixed with epoxy, and as the conductive particles, Ni-Au electroless plating around polystyrene spheres is known. In addition, an anisotropic conductive film (ACF) may be used. All of these are electrically connected only in the pressurized direction and are joined so as to have insulation in the other directions.
この接合により、電気的な接合とともに、インクに対するシールも同時に行われる。これにより、電気配線60によって個別電極57と多層フレキシブルケーブル62との間に大きなインクプールとしての共通液室55が形成される。また、ノズルプレート64に着けられていた保護膜であるドライフィルム65を除去する。   By this joining, the ink is sealed simultaneously with the electrical joining. Thereby, a common liquid chamber 55 as a large ink pool is formed between the individual electrode 57 and the multilayer flexible cable 62 by the electric wiring 60. Further, the dry film 65 which is a protective film attached to the nozzle plate 64 is removed.
このようにして、振動板56に関して圧力室52とは反対側に、圧電体58aおよび共通液室55が形成された印字ヘッド50が形成される。   In this way, the print head 50 in which the piezoelectric body 58a and the common liquid chamber 55 are formed on the opposite side of the vibration plate 56 from the pressure chamber 52 is formed.
以上述べたように、本実施形態における印字ヘッドの製造方法によれば、電気配線部と圧電素子及び振動板を一体で形成するようにしているため、電気配線(エレキ柱)と圧電体を同一基板に形成でき、位置ずれが生じることもない。   As described above, according to the method for manufacturing a print head in the present embodiment, the electric wiring portion, the piezoelectric element, and the diaphragm are integrally formed. Therefore, the electric wiring (electric column) and the piezoelectric body are the same. It can be formed on the substrate, and no misalignment occurs.
また、電気配線製造後、圧電体成膜プロセス時、もしくはその後で、振動板形成前に、圧電体熱処理工程を行うようにしているため、振動板に熱歪みが生じることがない。また、振動板と電気配線製造時に用いた配線部(Auの導電膜102)を用いてポーリング(分極)を行うようにしたため、別途ドライバを設けることなく、一括で圧電体のポーリング(分極)を行うことができる。   In addition, since the piezoelectric heat treatment process is performed during the piezoelectric film forming process after manufacturing the electrical wiring, or after the piezoelectric film is formed, no thermal distortion occurs in the diaphragm. In addition, since poling (polarization) is performed using the diaphragm and the wiring part (Au conductive film 102) used at the time of manufacturing the electric wiring, poling (polarization) of the piezoelectric body is performed in a lump without providing a separate driver. It can be carried out.
さらに、シリコンの異方性エッチングあるいは反応性イオンエッチング(D−RIE)で共通液室となる孔(開口部)を形成し、電気配線部をシリコンでコートするようにし、またシリコンを圧力室以下の接合基板として用いることで、圧電体の形成された基板に圧力室を接合する際の加圧が可能となる。   Further, a hole (opening) that becomes a common liquid chamber is formed by anisotropic etching or reactive ion etching (D-RIE) of silicon, and the electrical wiring portion is coated with silicon, and silicon is also applied below the pressure chamber. By using this as the bonding substrate, it is possible to apply pressure when the pressure chamber is bonded to the substrate on which the piezoelectric body is formed.
上述したように、シリコンで電気配線(エレキ柱)の外周をコートすることで、電気配線の強度、耐インク性及び絶縁性を大きくすることができる。   As described above, the strength, ink resistance, and insulation of the electric wiring can be increased by coating the outer periphery of the electric wiring (electric column) with silicon.
また、シリコン上にSiO2 等の表面処理を施すことで、さらに耐インク性及び絶縁性を向上させることができる。また、電気配線(エレキ柱)をシリコンでコートする以外にシリコンの柱(ダミーのシリコン柱)を設けることによって、全体的な強度を向上させることができる。 Ink resistance and insulation can be further improved by performing a surface treatment such as SiO 2 on silicon. Moreover, the overall strength can be improved by providing silicon columns (dummy silicon columns) in addition to coating the electrical wiring (electric columns) with silicon.
例えば、図10に平面図で示すように、2次元マトリクス状に配列された各圧力室52には、それぞれノズル51、インク供給口53及び圧電素子58(個別電極57)が形成され、個別電極57から引き出された電極パッド59上には柱状の電気配線(エレキ柱)60が設けられている。このとき、この電気配線60の他に、各圧力室52の間(圧力室の隔壁上)にシリコンの柱120を形成してヘッドの強度を高めるようにしてもよい。   For example, as shown in a plan view in FIG. 10, each pressure chamber 52 arranged in a two-dimensional matrix is formed with a nozzle 51, an ink supply port 53, and a piezoelectric element 58 (individual electrode 57). A columnar electrical wiring (electric column) 60 is provided on the electrode pad 59 drawn out from 57. At this time, in addition to the electrical wiring 60, a silicon pillar 120 may be formed between the pressure chambers 52 (on the partition walls of the pressure chambers) to increase the strength of the head.
さらに、シリコンを削って共通液室を形成する際、共通液室となる部分以外はシリコンを残すようにして、残されたシリコンの必ずしも柱状ではない壁状の中に複数の電気配線(エレキ柱)を形成するようにしてもよい。このようにすれば、さらに強度を向上させることができる。   Further, when forming the common liquid chamber by shaving silicon, silicon is left except for the portion that becomes the common liquid chamber, and a plurality of electric wirings (electrical columns) are formed in the wall shape of the remaining silicon that is not necessarily a column shape. ) May be formed. In this way, the strength can be further improved.
以上、本発明の液体吐出ヘッド及びその製造方法並びにこれを備えた画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。   As described above, the liquid discharge head, the manufacturing method thereof, and the image forming apparatus including the liquid discharge head according to the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above examples, and the scope of the present invention is not deviated. Of course, various improvements and modifications may be made.
本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing an outline of an embodiment of an ink jet recording apparatus as an image forming apparatus according to the present invention. 図1に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。FIG. 2 is a plan view of a main part around a printing unit of the inkjet recording apparatus shown in FIG. 1. 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。FIG. 3 is a plan perspective view illustrating a structural example of a print head. 印字ヘッドの他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of a print head. 本実施形態の印字ヘッドの一部を拡大して示す斜視透視図である。It is a perspective perspective view which expands and shows a part of print head of this embodiment. 本実施形態の印字ヘッドの一部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows a part of print head of this embodiment. (a)〜(f)は、本実施形態における柱状の電気配線(エレキ柱)の製造プロセスを示す工程図である。(A)-(f) is process drawing which shows the manufacturing process of the columnar electrical wiring (electric column) in this embodiment. (a)〜(i)は、圧電体(ピエゾ)と振動板の製造プロセスを示す工程図である。(A)-(i) is process drawing which shows the manufacturing process of a piezoelectric material (piezo) and a diaphragm. (a)〜(g)は、圧力室とIC基板を接合するプロセスを示す工程図である。(A)-(g) is process drawing which shows the process which joins a pressure chamber and an IC substrate. シリコンの柱を形成した様子を示す平面図である。It is a top view which shows a mode that the pillar of silicon | silicone was formed.
符号の説明Explanation of symbols
10…インクジェット記録装置、12…印字部、14…インク貯蔵/装填部、16…記録紙、18…給紙部、20…デカール処理部、22…吸着ベルト搬送部、24…印字検出部、26…排紙部、28…カッター、30…加熱ドラム、31、32…ローラー、33…ベルト、34…吸着チャンバー、35…ファン、36…ベルト清掃部、40…加熱ファン、42…後乾燥部、44…加熱・加圧部、45…加圧ローラー、48…カッター、50…印字ヘッド、50A…ノズル面、51…ノズル、52…圧力室、53…インク供給口、54…圧力室ユニット、55…共通液室、56…振動板(共通電極)、57…個別電極、58a…圧電体、58…圧電素子、59…電極パッド、60…電気配線(エレキ柱)、62…多層フレキシブルケーブル

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Inkjet recording device, 12 ... Printing part, 14 ... Ink storage / loading part, 16 ... Recording paper, 18 ... Paper feeding part, 20 ... Decal processing part, 22 ... Adsorption belt conveyance part, 24 ... Print detection part, 26 DESCRIPTION OF REFERENCE SYMBOLS: Paper discharge part, 28 ... Cutter, 30 ... Heating drum, 31, 32 ... Roller, 33 ... Belt, 34 ... Adsorption chamber, 35 ... Fan, 36 ... Belt cleaning part, 40 ... Heating fan, 42 ... Post-drying part, 44 ... heating / pressurizing unit, 45 ... pressure roller, 48 ... cutter, 50 ... print head, 50A ... nozzle surface, 51 ... nozzle, 52 ... pressure chamber, 53 ... ink supply port, 54 ... pressure chamber unit, 55 ... Common liquid chamber, 56 ... Diaphragm (common electrode), 57 ... Individual electrode, 58a ... Piezoelectric material, 58 ... Piezoelectric element, 59 ... Electrode pad, 60 ... Electric wiring (electric column), 62 ... Multi-layer flexible cable

Claims (10)

  1. 液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板と、該振動板を変形する圧電体を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    シリコン基板の少なくとも一部を除去し、前記シリコン基板の除去された部分に、前記圧電体を駆動するための駆動信号を供給する電気配線を形成する電気配線形成工程と、
    前記電気配線形成工程で少なくとも除去されない前記シリコン基板の部分の上に前記圧電体を形成する圧電体形成工程と、
    前記圧電体に関し、前記シリコン基板とは反対側に前記振動板を形成する振動板形成工程と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
    A method of manufacturing a liquid ejection head having a diaphragm that forms part of a pressure chamber that communicates with a nozzle that ejects liquid, and a piezoelectric body that deforms the diaphragm,
    Removing an at least part of the silicon substrate, and forming an electrical wiring for supplying a driving signal for driving the piezoelectric body to the removed portion of the silicon substrate;
    A piezoelectric body forming step of forming the piezoelectric body on a portion of the silicon substrate that is not removed at least in the electrical wiring forming step;
    A method of manufacturing a liquid discharge head, comprising: a step of forming a diaphragm on the opposite side of the piezoelectric substrate from the silicon substrate.
  2. 請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、さらに、前記電気配線形成工程、前記圧電体形成工程及び前記振動板形成工程によって形成された前記電気配線、前記圧電体及び前記振動板を有する前記シリコン基板に対し、別途形成された圧力室とノズルを有するノズルプレートを接合する圧力室接合工程を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。   2. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, further comprising: the electric wiring formed by the electric wiring forming step, the piezoelectric body forming step, and the vibration plate forming step, the piezoelectric body, and the vibration plate. A method of manufacturing a liquid discharge head, comprising: a pressure chamber bonding step of bonding a separately formed pressure chamber and a nozzle plate having a nozzle to the silicon substrate having a nozzle.
  3. 請求項2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記電気配線形成工程において、前記電気配線は前記シリコン基板に垂直に形成されるとともに、さらに、前記圧力室接合工程の後、前記電気配線の外周部を被覆するシリコンを残して、前記電気配線間のシリコン基板を除去し、前記各圧力室に液体を供給する共通液室となる開口部を形成する共通液室形成工程を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。   3. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 2, wherein in the electric wiring forming step, the electric wiring is formed perpendicular to the silicon substrate, and further after the pressure chamber bonding step, the electric wiring is formed. Including a common liquid chamber forming step of forming an opening serving as a common liquid chamber for supplying a liquid to each of the pressure chambers by removing the silicon substrate between the electric wires while leaving silicon covering the outer peripheral portion of the wiring. A method for manufacturing a liquid discharge head.
  4. 前記共通液室形成工程における前記シリコン基板の除去は、異方性エッチングまたはドライエッチングによって行うことを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   4. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 3, wherein the removal of the silicon substrate in the common liquid chamber forming step is performed by anisotropic etching or dry etching.
  5. 前記圧電体形成工程を行った後、前記振動板形成工程の前に前記圧電体に対する熱処理工程を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   5. The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 1, wherein a heat treatment step is performed on the piezoelectric body after the piezoelectric body forming step and before the diaphragm forming step. 6. .
  6. 前記振動板形成工程を行った後、前記電気配線と前記振動板を用いて前記圧電体の分極を行う分極工程を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   6. The liquid according to claim 1, wherein after performing the vibration plate forming step, a polarization step of polarizing the piezoelectric body using the electric wiring and the vibration plate is performed. Manufacturing method of the discharge head.
  7. 前記電気配線形成工程における前記シリコン基板の除去は、異方性エッチングまたはドライエッチングによって行うとともに、前記電気配線はメッキで形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   The removal of the silicon substrate in the electrical wiring forming step is performed by anisotropic etching or dry etching, and the electrical wiring is formed by plating. Manufacturing method of liquid discharge head.
  8. 液体を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を形成する振動板上に配置された圧電体に関して前記圧力室とは反対側に形成された、前記圧力室に液体を供給する共通液室と、
    前記圧電体に垂直に、前記共通液室内に立設された、前記圧電体を駆動する駆動信号を供給する電気配線と、
    前記電気配線の外周部を被覆するシリコンのコーティングと、
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
    A common liquid chamber for supplying liquid to the pressure chamber, which is formed on the opposite side of the pressure chamber with respect to the piezoelectric body disposed on the vibration plate forming a part of the pressure chamber communicating with a nozzle for discharging liquid; ,
    An electrical wiring that is installed vertically in the common liquid chamber and that supplies a drive signal for driving the piezoelectric body;
    A coating of silicon covering the outer periphery of the electrical wiring;
    A liquid discharge head comprising:
  9. 前記共通液室内に、前記電気配線とは別に、シリコンの柱が前記圧電体に対して垂直に立設されたことを特徴とする請求項8に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 8, wherein a silicon column is erected perpendicularly to the piezoelectric body in the common liquid chamber, separately from the electrical wiring.
  10. 請求項8または9に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the liquid ejection head according to claim 8.
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