JP2006187922A - Droplet ejection head, ink cartridge equipped with it, and inkjet recording apparatus - Google Patents

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JP2006187922A JP2005000762A JP2005000762A JP2006187922A JP 2006187922 A JP2006187922 A JP 2006187922A JP 2005000762 A JP2005000762 A JP 2005000762A JP 2005000762 A JP2005000762 A JP 2005000762A JP 2006187922 A JP2006187922 A JP 2006187922A
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Manabu Nishimura
学 西村
Shuya Abe
修也 阿部
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide droplet ejection heads which are arranged in two lines in the longitudinal direction of an ejected-liquid storage part in such a manner that nozzle holes, the ejected-liquid storage parts and a pressure changing means are aligned in three or more lines in the short-side direction of the ejected-liquid storage part, and which enable the downsizing of an apparatus and a reduction in material by making an area of a head surface smaller than that of a head surface of a conventional droplet ejection head. <P>SOLUTION: The droplet ejection heads are arranged in two lines in the longitudinal direction of the ejected-liquid storage part 102 in such a manner that diaphragms 110, the storage parts 102 and the nozzle holes 101 are aligned in three or more lines in the short-side direction 3 of the storage part 102; the nozzle holes area arranged in the longitudinal direction of the storage parts 102; the nozzle hole 101 is provided in a place to an end near the other line in the projected plane of the storage part 102 with respect to a head surface 10s in a direction perpendicular to the head surface 10s; and an individual through-hole 103 as an individual supply passage is formed in such a manner as to be elongated from the storage part 102 in the direction of separation from the head surface 10s. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インク等の液体を液滴の状態で吐出する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ及びインクジェット記録装置に関するものである。   The present invention relates to a droplet discharge head that discharges liquid such as ink in the form of droplets, an ink cartridge including the droplet discharge head, and an inkjet recording apparatus.

インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。この中でも記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出液収容部(加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。)と、吐出液収容部内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出液収容部内インクを加圧することによってノズル孔からインク滴を吐出させる。
このような液滴吐出ヘッドとしては、次のようなものがある。
圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出液収容部の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型。
吐出液収容部内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰で気泡を発生させてインク滴を吐出させるサーマル型。
吐出液収容部の壁面を形成する振動板を静電力で変形させることでインク滴を吐出させる静電型。
近年、環境問題から鉛フリーであるサーマル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え低消費電力の観点からも環境に影響が少ない静電型のものが多く提案されている。静電型の液滴吐出ヘッドとしては、特許文献1、2及び3に記載されているものがある。
上述の静電型の液滴吐出ヘッド及びピエゾ型の液滴吐出ヘッドは、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力発生手段を複数個並べて配置し、複数の吐出液収容部に供給するインクを収容する共通液収容部と、共通液収容部からそれぞれの吐出液収容部にインクを供給する個別供給路とを備えている。
The ink jet recording apparatus has many advantages such as extremely low noise during recording, high-speed printing, and use of inexpensive plain paper with a high degree of freedom of ink. Among them, a so-called ink-on-demand system that discharges ink droplets only when recording is necessary does not require collection of ink droplets that are not necessary for recording, and has become mainstream. An inkjet head, which is a droplet ejection head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, or an image forming apparatus, includes a nozzle hole that ejects ink droplets, and an ejection that communicates with the nozzle holes. Generated by the pressure generating means, comprising a liquid storage part (also referred to as a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, an ink flow path, etc.) and a pressure generating means for generating pressure to pressurize the ink in the discharge liquid storage part The ink droplets are ejected from the nozzle holes by pressurizing the ink in the ejection liquid storage portion with the pressure thus applied.
Examples of such a droplet discharge head include the following.
A piezo type that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm forming the wall surface of the discharge liquid storage portion using an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element as pressure generating means.
Thermal type that discharges ink droplets by generating bubbles by boiling the ink film using an electrothermal conversion element such as a heating resistor disposed in the discharge liquid container.
An electrostatic type that discharges ink droplets by deforming a diaphragm that forms the wall surface of the discharge liquid storage portion with electrostatic force.
In recent years, lead-free thermal type and electrostatic type have attracted attention due to environmental problems, and many types of electrostatic type that have less influence on the environment from the viewpoint of low power consumption in addition to lead-free have been proposed. Examples of electrostatic droplet discharge heads are described in Patent Documents 1, 2, and 3.
The electrostatic droplet discharge head and the piezo droplet discharge head described above have a plurality of nozzle holes, discharge liquid storage portions, and pressure generating means arranged side by side to store ink to be supplied to the plurality of discharge liquid storage portions. And a separate supply path for supplying ink from the common liquid storage section to each discharge liquid storage section.

特開平10−193611号公報JP-A-10-193611 特開平2002−316418号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-316418 特開平2001−10047号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-10047

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の液滴吐出ヘッドは、個別供給路とを吐出液収容部と同一面上に設けているため、個別供給路分のスペースが必要となり、ノズル孔を設けたヘッド面部のヘッド面の面積が大きくなってしまう問題があった。このような構成で、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力発生手段を吐出液収容部の長手方向に2列に配置するとこの問題点は顕著になる。
また、特許文献3に記載の液滴吐出ヘッドは、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力発生手段を吐出液収容部の短手方向に3以上列状に並べて、吐出液収容部の長手方向に2列に配置している。そして、ヘッド面に垂直な方向のヘッド面に対する吐出液収容部の投影面内における他方の列から離れた端部寄りの箇所にノズル孔を設けている。液滴吐出ヘッドを用いる装置では待機時にノズル孔から液滴が洩れることを防ぐため、液滴を吐出する動作が終了した後はノズル孔の周辺をクリーニングし、キャッピングする。動作終了後にノズル孔周辺をクリーニングするクリーニング部材は、ワイパーブレードと吸引キャップとによって構成される。この吸引キャップやノズル孔で液滴が乾燥することを防止する保湿キャップはノズル孔周辺のヘッド面に対して密着するものである。よって、ヘッド面には吸引キャップと保湿キャップとが密着するために、ノズル孔からある程度のスペースを必要とする。特許文献3の液滴ヘッドでは2列に配置した吐出液収容部のヘッド面に対する投影面内における他方の列から離れた端部よりの箇所にノズル孔を設けている。これにより、吐出液収容部の2列分のスペースに加えて、その両端に吸引キャップや保湿キャップが密着するためのスペースが必要となり、ヘッド面の面積が大きくなってしまう問題があった。
なお、ここでは吸引キャップと保湿キャップとを別個に設けた構成について説明したが、保湿キャップが吸引キャップの役割を有する構成でも同様の問題は生じる。
このようにヘッド面の面積が大きくなると装置の大型化につながり、さらに部材を形成のための材料も多く必要となる。
However, since the droplet discharge heads described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are provided with the individual supply path on the same surface as the discharge liquid storage unit, a space for the individual supply path is required, and the nozzle holes are not provided. There is a problem that the area of the head surface of the provided head surface portion becomes large. With such a configuration, when the nozzle holes, the discharge liquid storage portion, and the pressure generating means are arranged in two rows in the longitudinal direction of the discharge liquid storage portion, this problem becomes significant.
In addition, the droplet discharge head described in Patent Document 3 includes three or more nozzle holes, a discharge liquid storage portion, and pressure generation means arranged in a row in the short direction of the discharge liquid storage portion, and is arranged in the longitudinal direction of the discharge liquid storage portion. Arranged in two rows. And the nozzle hole is provided in the location near the edge part away from the other row | line | column in the projection surface of the discharge liquid accommodating part with respect to the head surface of the direction perpendicular | vertical to a head surface. In an apparatus using a droplet discharge head, in order to prevent droplets from leaking from the nozzle holes during standby, the periphery of the nozzle holes is cleaned and capped after the operation of discharging the droplets is completed. A cleaning member that cleans the periphery of the nozzle hole after the operation is completed includes a wiper blade and a suction cap. The suction cap and the moisture retention cap that prevents the droplets from drying through the nozzle hole are in close contact with the head surface around the nozzle hole. Therefore, a certain amount of space is required from the nozzle hole in order for the suction cap and the moisturizing cap to be in close contact with the head surface. In the liquid droplet head disclosed in Patent Document 3, nozzle holes are provided at positions from the end portion away from the other row in the projection plane with respect to the head surface of the discharge liquid storage portions arranged in two rows. As a result, in addition to the space for the two rows of the discharge liquid storage part, a space for adhering the suction cap and the moisture retaining cap to both ends is required, and there is a problem that the area of the head surface increases.
In addition, although the structure which provided the suction cap and the moisture retention cap separately was demonstrated here, the same problem arises also in the structure where a moisture retention cap has the role of a suction cap.
Thus, when the area of the head surface is increased, the apparatus is increased in size, and more materials for forming the members are required.

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力変化手段とを該吐出液収容部の短手方向に3以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に2列に配置した液滴吐出ヘッドで、従来の液滴吐出ヘッドに比べてヘッド面の面積を縮小することで装置の小型化、及び材料の削減を図ることができる液滴吐出ヘッドを提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to form three or more nozzle holes, discharge liquid storage portions, and pressure change means in a row in the short direction of the discharge liquid storage portions. The droplet discharge heads arranged side by side and arranged in two rows in the longitudinal direction of the discharge liquid storage portion reduce the size of the device and reduce the material by reducing the area of the head surface compared to the conventional droplet discharge head. It is an object of the present invention to provide a droplet discharge head that can be realized.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔により外部と連通し、かつ該液滴となる吐出液を収容する吐出液収容部と、該吐出液収容部内の圧力を変化させる圧力変化手段と、複数の該吐出液収容部に供給する該吐出液を収容する共通液収容部と、該共通液収容部からそれぞれの該吐出液収容部に該吐出液を供給する個別供給路とを有する液滴吐出ヘッドのおいて、該ノズル孔を複数設けた部分をヘッド面部とし、該ヘッド面部の外部と対向する面をヘッド面とすると、該ノズル孔、該吐出液収容部及び該圧力変化手段とを該吐出液収容部の短手方向に3以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に2列に配置し、該ヘッド面に垂直な方向の該ヘッド面に対する該吐出液収容部の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所に該ノズル孔を設け、該ヘッド面と離れる方向に該吐出液収容部から延在するように該個別供給路を形成したことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の液滴吐出ヘッドにおいて、上記吐出液収容部を液滴吐出ヘッド基板の一方の面に設け、該液滴吐出ヘッド基板の該吐出液収容部を設けた面とは反対側の面に上記共通液収容部を設け、上記個別供給路を該吐出液収容部と該共通液収容部とを連通する貫通孔としたことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2の液滴吐出ヘッドにおいて、上記吐出液収容部の上記ノズル孔の形成位置から長手方向反対側端部に上記個別供給路を形成したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1、2または3の液滴吐出ヘッドにおいて、上記個別供給路の長さが50[μm]以上、700[μm]以下であることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2、3または4の液滴吐出ヘッドにおいて、上記圧力変化手段が上記吐出液収容部の壁面を構成する振動板と該振動板とギャップを介して対抗する対向電極とからなり、該振動板及び該対向電極との間に電圧を印加し、該振動板を静電力により変形させることによって該吐出液収容部の内部の圧力を変化させる静電駆動式圧力変化手段であることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の液滴吐出ヘッドにおいて、一つの上記吐出液収容部に複数の上記振動板を供えることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、該液滴吐出ヘッドとして請求項1、2、3、4、5又は6に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、インク滴を吐出す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において、該インクジェットヘッドとして請求項1、2、3、4、5又は6に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a nozzle hole for discharging a droplet, a discharge liquid storage portion that communicates with the outside through the nozzle hole and stores the discharge liquid that becomes the droplet, Pressure changing means for changing the pressure in the discharge liquid storage section, a common liquid storage section for storing the discharge liquid supplied to the plurality of discharge liquid storage sections, and each discharge liquid storage section from the common liquid storage section In a droplet discharge head having an individual supply path for supplying the discharge liquid to the head, a portion provided with a plurality of nozzle holes is a head surface portion, and a surface facing the outside of the head surface portion is a head surface. Nozzle holes, the discharge liquid storage portion, and the pressure change means are arranged in three or more rows in the short direction of the discharge liquid storage portion, and are arranged in two rows in the longitudinal direction of the discharge liquid storage portion. In the projection plane of the discharge liquid storage portion with respect to the head surface in the direction perpendicular to The nozzle hole is provided at a position near the end near the other row, and the individual supply path is formed so as to extend from the discharge liquid storage portion in a direction away from the head surface. is there.
According to a second aspect of the present invention, in the droplet discharge head according to the first aspect, the discharge liquid storage portion is provided on one surface of the droplet discharge head substrate, and the discharge liquid storage portion of the droplet discharge head substrate is provided. The common liquid storage portion is provided on a surface opposite to the provided surface, and the individual supply path is a through hole that communicates the discharge liquid storage portion and the common liquid storage portion. .
According to a third aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection head according to the first or second aspect, the individual supply path is formed at the opposite end portion in the longitudinal direction from the nozzle hole formation position of the ejection liquid storage portion. It is a feature.
According to a fourth aspect of the invention, in the liquid droplet ejection head of the first, second or third aspect, the length of the individual supply path is 50 [μm] or more and 700 [μm] or less. It is.
According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection head according to the first, second, third, or fourth aspect, the pressure changing means is interposed between the diaphragm constituting the wall surface of the ejection liquid storage section, and the diaphragm and the gap. Electrostatic force that changes the pressure inside the discharge liquid container by applying a voltage between the diaphragm and the counter electrode and deforming the diaphragm by electrostatic force. It is a drive type pressure change means.
According to a sixth aspect of the present invention, in the droplet discharge head of the fifth aspect, a plurality of the diaphragms are provided in one discharge liquid storage portion.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an ink cartridge in which a droplet discharge head that discharges ink droplets and an ink tank that supplies ink to the droplet discharge head are integrated. The liquid droplet discharge head described in 2, 3, 4, 5 or 6 is used.
According to an eighth aspect of the present invention, in the ink jet recording apparatus equipped with the ink jet head for ejecting ink droplets, the liquid droplet ejection head according to the first, second, third, fourth, fifth or sixth aspect is used as the ink jet head. It is characterized by this.

上記請求項1乃至8に記載の液滴吐出ヘッドにおいては、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力変化手段とを吐出液収容部の短手方向に3以上列状に並べて、吐出液収容部の長手方向に2列に配置し、ヘッド面に垂直な方向のヘッド面に対する吐出液収容部の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔を設けている。これにより、クリーニング部材やキャップ部材がヘッド面と密着するために必要なスペースをヘッド面の吐出液収容部の他方の列に近い端部寄りに設けたノズル孔とヘッド面の端までの間に確保すればよい。そして、これはヘッド面でのノズル孔を設けた位置から吐出液収容部の長手方向の長さにより確保される。よって、ヘッド面の両端側にクリーニング部材やキャップ部材が密着するために必要なスペースを新たに設ける必要がない。そして、2列に配置した吐出液収容部のヘッド面に対する投影面内における他方の列から離れた端部寄りにノズル孔を設けるものに比べてヘッド面の面積を縮小することができる。さらに、ヘッド面と離れる方向に吐出液収容部から延在するように個別供給路を形成している。これにより、吐出液収容部と同一面上の個別供給路分のスペースを削減することができ、個別供給路を吐出液収容部と同一面上に設けたものに比べてヘッド面の面積を縮小することができる。   In the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 8, the nozzle holes, the discharge liquid storage portion, and the pressure changing means are arranged in a line in the short direction of the discharge liquid storage portion in three or more rows. Nozzle holes are provided in two rows in the longitudinal direction and at positions near the other end in the projection plane of the discharge liquid storage portion with respect to the head surface in the direction perpendicular to the head surface. As a result, a space necessary for the cleaning member and the cap member to be in close contact with the head surface is provided between the nozzle hole provided near the end of the discharge liquid storage portion on the head surface near the other end and the end of the head surface. What is necessary is just to secure. This is ensured by the length in the longitudinal direction of the discharge liquid storage portion from the position where the nozzle hole is provided on the head surface. Therefore, it is not necessary to newly provide a space necessary for the cleaning member and the cap member to be in close contact with both ends of the head surface. In addition, the area of the head surface can be reduced as compared with the case where the nozzle holes are provided closer to the end portion away from the other row in the projection plane with respect to the head surface of the discharge liquid storage portions arranged in two rows. Furthermore, the individual supply path is formed so as to extend from the discharge liquid storage portion in a direction away from the head surface. As a result, the space for the individual supply path on the same surface as the discharge liquid storage portion can be reduced, and the area of the head surface can be reduced compared to the case where the individual supply path is provided on the same surface as the discharge liquid storage portion. can do.

請求項1乃至8の発明によれば、ノズル孔、吐出液収容部及び圧力変化手段とを該吐出液収容部の短手方向に3以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に2列に配置した液滴吐出ヘッドで、従来の液滴吐出ヘッドに比べてヘッド面の面積を縮小することで、装置の小型化、及び材料の削減を図ることができるという優れた効果がある。   According to the first to eighth aspects of the present invention, the nozzle holes, the discharge liquid storage section, and the pressure change means are arranged in a line in the shape of three or more in the short direction of the discharge liquid storage section, and are arranged in the longitudinal direction of the discharge liquid storage section. With the droplet discharge heads arranged in two rows, the head surface area is reduced as compared with the conventional droplet discharge head, so that the apparatus can be downsized and the material can be reduced. .

以下、本発明を適用した画像形成装置の一実施形態として、インクジェットプリンタ(以下、プリンタ31)について説明する。
まず、プリンタ31の基本的な構成について説明する。図1は、プリンタ31の斜視図である。このプリンタ31は、図中点線で示す本体内部に用紙の搬送方向に対して横切る方向(以下、主走査線方向70)に移動可能なキャリッジ33と、このキャリッジ33を移動可能に保持する保持手段32aと、主走査線方向に移動させる移動手段32bとを備えた印字機構部32を有している。印字機構部32のキャリッジ33は、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、B(ブッラク)色のそれぞれ吐出液としてのインク液を収容したインクカートリッジ43Y、43M、43C、43Bが交換可能に装着されている。保持手段32aは、キャリッジ33を貫通して本体両側面に横架する主ガイドロッド41を有している。また、この主ガイドロッド41と一定間隔をおいて並行に延在する従ガイドロッド42を有している。キャリッジ33は、主ガイドロッド41と従ガイドロッド42上で主走査線方向70に平行移動可能に支持されている。キャリッジ33の移動手段32bは、内周面に歯を備えた無端状のタイミングベルト50と、このタイミングベルト50を張架する駆動プーリ48と、従動プーリ49とを有している。駆動プーリ48は、本体の一方の側面側に配置し、従動プーリ49は、本体の他方の側面側に配置してタイミングベルト50が主走査線方向70に平行に延びるようにしている。また、移動手段32bは、駆動プーリ48を正逆回転させる主走査モータ47を備えている。キャリッジ33は歯を有しており、タイミングベルト内周面の歯と噛み合うようにしている。駆動プーリ48が回転すると、これに伴い、タイミングベルト50が主走査線方向に無端移動する。キャリッジ33は、タイミングベルト50の内周面と噛み合っているで、タイミングベルト50とともに主走査線方向に移動する。そして、主走査モータ47によって駆動プーリ48を正逆回転させることで、キャリッジ33が主走査線方向に往復移動可能としている。
Hereinafter, an ink jet printer (hereinafter, printer 31) will be described as an embodiment of an image forming apparatus to which the present invention is applied.
First, the basic configuration of the printer 31 will be described. FIG. 1 is a perspective view of the printer 31. The printer 31 includes a carriage 33 that can move in a direction transverse to the sheet conveyance direction (hereinafter referred to as a main scanning line direction 70) inside the main body indicated by a dotted line in the figure, and a holding unit that holds the carriage 33 movably. It has a printing mechanism section 32 provided with 32a and moving means 32b for moving in the main scanning line direction. The carriage 33 of the printing mechanism section 32 includes ink cartridges 43Y, 43M, 43C, and 43B that store ink liquids as discharge liquids of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and B (black) colors, respectively. It is installed so that it can be replaced. The holding means 32 a has a main guide rod 41 that passes through the carriage 33 and is horizontally mounted on both side surfaces of the main body. Moreover, it has the sub guide rod 42 extended in parallel with this main guide rod 41 at a fixed space | interval. The carriage 33 is supported on the main guide rod 41 and the sub guide rod 42 so as to be movable in the main scanning line direction 70. The moving means 32 b of the carriage 33 includes an endless timing belt 50 having teeth on the inner peripheral surface, a driving pulley 48 that stretches the timing belt 50, and a driven pulley 49. The driving pulley 48 is disposed on one side of the main body, and the driven pulley 49 is disposed on the other side of the main body so that the timing belt 50 extends in parallel with the main scanning line direction 70. The moving unit 32b includes a main scanning motor 47 that rotates the drive pulley 48 forward and backward. The carriage 33 has teeth and meshes with the teeth on the inner peripheral surface of the timing belt. When the driving pulley 48 rotates, the timing belt 50 moves endlessly in the main scanning line direction. The carriage 33 meshes with the inner peripheral surface of the timing belt 50 and moves in the main scanning line direction together with the timing belt 50. The carriage 33 can reciprocate in the main scanning line direction by rotating the driving pulley 48 forward and backward by the main scanning motor 47.

上記印字機構部32には、非画像形成時にキャリッジ33を収容する回復装置67が図1中右端に設けられている。この回復装置67には、図示しないキャップ装置と、クリーニング装置が設けられている。画像形成終了時には、クリーニング装置のワイパーブレードがヘッド面を摺擦して、ノズル孔周辺の汚れを掻き落とす。非画像形成時には、キャップ装置により、ヘッド面のノズル孔をキャッピングして、ノズル孔を湿潤状態に保っている。これにより、ノズル孔付近のインクの乾燥による吐出不良を防止することができる。また、クリーニング装置には、吸引手段が備えられている。クリーニング装置は、画像形成途中で画像形成に使用されなかったインクをノズル孔から吐出し、吸引手段により吸引して、使用されたインクと同粘度に粘度を保つ機能を有している。これにより、各ヘッド部のインク粘度を一定することができ、良好な画像を得ることができる。また、吐出不良が発生した場合は、キャッピング手段でヘッド面のノズル孔を密封し、クリーニング装置の吸引手段で気泡やノズル孔に付着したゴミなどをインクとともに吸い出すことで、吐出不良が回復する。吸引されたインクは、本体下部に配置された図示しない廃タンクに排出される。このような回復装置67を設けることで、吐出不良が抑制され、安定した吐出特性が得られて良好な画像を維持することができる。   The printing mechanism section 32 is provided with a recovery device 67 that accommodates the carriage 33 during non-image formation at the right end in FIG. The recovery device 67 is provided with a cap device (not shown) and a cleaning device. At the end of image formation, the wiper blade of the cleaning device rubs the head surface to scrape off dirt around the nozzle holes. During non-image formation, the nozzle hole on the head surface is capped by the cap device to keep the nozzle hole wet. Thereby, it is possible to prevent ejection failure due to drying of ink near the nozzle hole. Further, the cleaning device is provided with suction means. The cleaning device has a function of keeping the viscosity at the same viscosity as the used ink by discharging ink that has not been used for image formation during the image formation from the nozzle hole and sucking it by the suction means. Thereby, the ink viscosity of each head part can be made constant, and a favorable image can be obtained. Further, when a discharge failure occurs, the nozzle hole on the head surface is sealed by the capping unit, and the discharge failure is recovered by sucking out bubbles and dust attached to the nozzle hole together with the ink by the suction unit of the cleaning device. The sucked ink is discharged to a waste tank (not shown) disposed at the lower part of the main body. By providing such a recovery device 67, ejection failure can be suppressed, stable ejection characteristics can be obtained, and a good image can be maintained.

図2は、プリンタ31主走査線方向70から見たときのイエローのインクカートリッジ43Y部分における概略断面図である。図2に示すように、このプリンタの本体内部には、印字機構部32の他に、給紙機構部34を有している。この給紙機構部34には、用紙を積載した給紙部34a、該給紙部の用紙を印字機構部32と対向する位置を経由して、排紙トレイ36に搬送する搬送部34bとを備えている。給紙機構部34の給紙部34aは、多数の用紙を積載し、本体31に対して着脱可能に装着されている給紙トレイ37を備えている。また、給紙部34aには、給紙ローラ51とフリクションパッド52を備えており、給紙トレイ37内の用紙を搬送部34bに搬送する。また、プリンタ31には、手差しで用紙を給紙できるように手差しトレイ35が設けられており、装置本体31に対して開倒可能に取り付けられている。この手差しトレイ35上の用紙は、手差しローラ57によって搬送ローラ54に搬送される。
搬送部34bは、給紙トレイ37から給紙された用紙を案内するガイド部材53と、用紙を液滴吐出ヘッドとしてのヘッド部44Yと対向する位置に搬送する搬送ローラ54を有している。また、用紙を搬送ローラ54に押し付ける搬送コロ55、用紙を所定角度でヘッド部44Yとの対向する位置に送り出す先端コロ56を有している。搬送ローラ54は、図示しない副走査モータによって図中時計周りに回転する。ヘッド部44Yと対向する位置には、用紙を案内する印写受け部材59が設けられている。また、画像が記録された用紙を排紙トレイ36に排出するための排紙ローラ61および拍車62、排紙経路を形成する一対のガイド部材65を備えている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the yellow ink cartridge 43Y when viewed from the main scanning line direction 70 of the printer 31. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the printer main body has a paper feed mechanism section 34 in addition to the print mechanism section 32. The paper feed mechanism section 34 includes a paper feed section 34 a on which sheets are stacked, and a transport section 34 b that transports the paper in the paper feed section to the paper discharge tray 36 via a position facing the print mechanism section 32. I have. The paper feed unit 34 a of the paper feed mechanism unit 34 includes a paper feed tray 37 that stacks a large number of sheets and is detachably attached to the main body 31. The paper feed unit 34a includes a paper feed roller 51 and a friction pad 52, and transports the paper in the paper feed tray 37 to the transport unit 34b. Further, the printer 31 is provided with a manual feed tray 35 so that paper can be fed manually, and is attached to the apparatus main body 31 so as to be able to be turned over. The sheet on the manual feed tray 35 is conveyed to the conveyance roller 54 by the manual feed roller 57.
The transport unit 34b includes a guide member 53 that guides the paper fed from the paper feed tray 37, and a transport roller 54 that transports the paper to a position facing the head unit 44Y as a droplet discharge head. Further, a conveyance roller 55 that presses the sheet against the conveyance roller 54 and a leading end roller 56 that feeds the sheet to a position facing the head unit 44Y at a predetermined angle are provided. The transport roller 54 is rotated clockwise in the figure by a sub-scanning motor (not shown). A printing receiving member 59 for guiding paper is provided at a position facing the head portion 44Y. Further, a discharge roller 61 and a spur 62 for discharging the sheet on which the image is recorded to the discharge tray 36, and a pair of guide members 65 that form a discharge path are provided.

図3はイエローのインクカートリッジ43Yの概略構成図である。キャリッジ33に搭載されたインクカートリッジ43Yは、ノズル孔を有するヘッド部44Yと、インク液を収容し、ヘッド部44Yにインクを供給するタンク部45Yを有している。また、インクカートリッジ43Yは、図2に示すように、タンク部45Yの上面には大気と連通する大気口46Yが備えられている。また、インクカートリッジ43の内部には、タンク部45のインク液をヘッド部44に供給する供給口40Yが設けられている。なお、上記の説明では、イエロー用インクカートリッジ43Yを例に挙げて説明したが、他色のインクカートリッジについても同様である。また、ヘッド部44とタンク部45とが一体となったインクカートリッジについて説明したが、タンク部45Yとヘッド部44Yとを別体としても良い。なお、図1また2では下方に向いて設置されるヘッド部44Yを、図3では説明の都合上、上方に描いている。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the yellow ink cartridge 43Y. The ink cartridge 43Y mounted on the carriage 33 has a head portion 44Y having nozzle holes and a tank portion 45Y that stores ink and supplies ink to the head portion 44Y. Further, as shown in FIG. 2, the ink cartridge 43Y includes an air port 46Y communicating with the air on the upper surface of the tank portion 45Y. In addition, a supply port 40 </ b> Y that supplies ink liquid from the tank unit 45 to the head unit 44 is provided inside the ink cartridge 43. In the above description, the yellow ink cartridge 43Y has been described as an example, but the same applies to ink cartridges of other colors. Further, although the ink cartridge in which the head portion 44 and the tank portion 45 are integrated has been described, the tank portion 45Y and the head portion 44Y may be separated. In FIGS. 1 and 2, the head portion 44Y installed downward is drawn upward in FIG. 3 for convenience of explanation.

次に、プリンタ31のプリント動作について説明する。パーソナルコンピュータから画像情報などの信号が送られ、プリントを実行する。まず、手差しトレイ35、または給紙トレイ37から給紙ローラによって搬送部34bへ用紙が給紙される。給紙トレイ37から給紙された用紙は、ガイド部材53や搬送コロ55に案内されて反転して、ヘッド部44Yと対向する位置に搬送される。一方、手差しトレイ35から供給された用紙は、搬送コロ55に案内されて、ヘッド部44と対向する位置に搬送される。ヘッド部44に搬送された用紙が所定位置に達したら、搬送ローラ54を停止して用紙の移動を停止する。そして、キャリッジ33が画像信号に応じて主走査線方向に往復移動しなが、停止した用紙の所定箇所に所定のインク液を吐出して1行分を用紙に形成する。ここで、1行とは、ヘッド部44が用紙へ記録可能な副走査線方向(ヘッド部44に対向する位置での記録紙の移動方向)の範囲を言う。主走査線方向に一行分の記録が終了したら、搬送ローラ54を所定時間駆動させ、用紙を一行分排紙トレイ36方向に移動させて停止する。そして、キャリッジ33が画像信号に応じて主走査線方向に往復移動しなが一行分の画像を形成する。このような工程を所定回数繰り返し行い、用紙に所望の画像をプリントする。所望の画像がプリントされた用紙は、排紙ローラ61及び拍車62によって搬送され、排紙トレイ36に排出される。画像形成を終了したキャリッジ33は、図1中右側の回復装置67に移動して図示しないキャップ装置でヘッドのノズル孔をキャッピングする。   Next, the printing operation of the printer 31 will be described. A signal such as image information is sent from the personal computer, and printing is executed. First, paper is fed from the manual feed tray 35 or the paper feed tray 37 to the transport unit 34b by a paper feed roller. The paper fed from the paper feed tray 37 is guided by the guide member 53 and the transport roller 55, reversed, and transported to a position facing the head portion 44Y. On the other hand, the paper supplied from the manual feed tray 35 is guided to the transport roller 55 and transported to a position facing the head unit 44. When the sheet conveyed to the head unit 44 reaches a predetermined position, the conveyance roller 54 is stopped to stop the movement of the sheet. Then, the carriage 33 does not reciprocate in the main scanning line direction according to the image signal, but a predetermined ink liquid is ejected to a predetermined position of the stopped paper to form one line on the paper. Here, one line means a range in the sub-scanning line direction (the moving direction of the recording paper at a position facing the head unit 44) in which the head unit 44 can record on the paper. When the recording for one line is completed in the main scanning line direction, the transport roller 54 is driven for a predetermined time, and the sheet is moved by one line in the direction of the paper discharge tray 36 to stop. The carriage 33 reciprocates in the main scanning line direction according to the image signal, but forms an image for one line. Such a process is repeated a predetermined number of times to print a desired image on paper. The sheet on which the desired image is printed is conveyed by the sheet discharge roller 61 and the spur 62 and discharged to the sheet discharge tray 36. After the image formation, the carriage 33 moves to the recovery device 67 on the right side in FIG. 1 and caps the nozzle holes of the head with a cap device (not shown).

次に、ヘッド部44について説明する。以下の説明では、Y用インクカートリッジのヘッド部を例に挙げて説明するが、他色のヘッド部44についても同様である。また、説明の便宜上、色分け符号については省略する。
図4はヘッド部44を説明するための分解斜視図であり、一部を断面図で示している。また、図5は組み立てられた状態のヘッド部44の説明図で有り、図5(a)は平面図、図5(b)は図5(a)中のX1−X2の位置での断面図、図5(c)は図5(a)中のY1−Y2の位置での断面図である。ヘッド部44はインク液を吐出するノズル孔101を複数設けられたヘッド面部としてのノズル基板10と液滴吐出ヘッド基板としてのアクチュエータ基板20を重ねた積層構造となっている。図5(a)は、ノズル基板10を透過して見た平面図であり、ノズル基板10に設けたノズル孔101の設置位置のみ破線にて示す。なお、ヘッド部44は、インク液滴をノズル基板10に設けた複数のノズル孔101から吐出させる、サイドシュータタイプの例を示すものである。また、以下、ヘッド部44のノズル孔101を備えたノズル基板10の外面側をヘッド面10sと呼ぶ。
Next, the head unit 44 will be described. In the following description, the head portion of the Y ink cartridge will be described as an example, but the same applies to the head portions 44 of other colors. For convenience of explanation, the color code is omitted.
FIG. 4 is an exploded perspective view for explaining the head portion 44, and a part thereof is shown in a sectional view. 5 is an explanatory view of the head portion 44 in an assembled state, FIG. 5 (a) is a plan view, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view at the position X1-X2 in FIG. 5 (a). FIG. 5C is a cross-sectional view at the position of Y1-Y2 in FIG. The head portion 44 has a laminated structure in which a nozzle substrate 10 as a head surface portion provided with a plurality of nozzle holes 101 for discharging ink liquid and an actuator substrate 20 as a droplet discharge head substrate are stacked. FIG. 5A is a plan view seen through the nozzle substrate 10, and only the installation positions of the nozzle holes 101 provided in the nozzle substrate 10 are indicated by broken lines. The head portion 44 is an example of a side shooter type in which ink droplets are ejected from a plurality of nozzle holes 101 provided in the nozzle substrate 10. Hereinafter, the outer surface side of the nozzle substrate 10 provided with the nozzle holes 101 of the head portion 44 is referred to as a head surface 10s.

アクチュエータ基板20には、結晶方位面100のシリコン基板上に、結晶方位面111の4つの面により形成される断面形状がV字型の溝部が形成されている。このV字溝上に形成された絶縁膜111上に積層膜により個別電極109と、ギャップ120を介して圧力変化手段としての振動板110が形成されている。
ギャップは後に除去することを前提とした犠牲層(詳細は後述する)を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後に犠牲層除去孔107から犠牲層を除去することで形成する。V字溝は、2つの振動板110を底壁とする吐出液収容部102となる。各々の吐出液収容部102にインクを供給するための流体抵抗部となる個別貫通孔103、及びアクチュエータ基板20の裏面側に設けられた共通液収容部104が連通している。この共通液収容部104は、上述のタンク部45のインク液をヘッド部44に供給する供給口40Yからインク液を供給され、それぞれの個別貫通孔103を通じて各々の吐出液収容部102にインク液を供給するものである。また、アクチュエータ基板20の上面に接合されるノズル基板10には、厚さ50μmの樹脂製フィルムを用い、アクチュエータ基板20の面部にそれぞれの吐出液収容部102と連通するようにノズル孔101を設けている。
なお、上述の流体抵抗部は吐出液収容部102内の圧力の変動によって、インクをノズル孔101から吐出させる際、圧力が共通液収容部104側へ逃げないように流体に対する抵抗を高く設定した部分である。具体的には共通液収容部104や吐出液収容部102よりも断面積を小さくし、抵抗値のばらつきを低減させるためにその長さを長く設計している。
In the actuator substrate 20, a groove portion having a V-shaped cross section formed by four surfaces of the crystal orientation surface 111 is formed on the silicon substrate of the crystal orientation surface 100. On the insulating film 111 formed on the V-shaped groove, an individual electrode 109 and a diaphragm 110 as pressure changing means are formed by a laminated film through a gap 120.
A sacrificial layer (details will be described later) on the assumption that the gap will be removed later is formed as a laminated film in the same manner as the individual electrode material and the diaphragm material, and the sacrificial layer is removed from the sacrificial layer removal hole 107 later. By forming. The V-shaped groove serves as a discharge liquid storage portion 102 having two diaphragms 110 as bottom walls. An individual through hole 103 serving as a fluid resistance portion for supplying ink to each discharge liquid storage portion 102 and a common liquid storage portion 104 provided on the back side of the actuator substrate 20 communicate with each other. The common liquid storage section 104 is supplied with ink liquid from a supply port 40Y that supplies the ink liquid of the tank section 45 to the head section 44, and is supplied to each discharge liquid storage section 102 through each individual through hole 103. Supply. Further, the nozzle substrate 10 to be bonded to the upper surface of the actuator substrate 20 is made of a resin film having a thickness of 50 μm, and nozzle holes 101 are provided on the surface portion of the actuator substrate 20 so as to communicate with the respective discharge liquid storage portions 102. ing.
The above-described fluid resistance portion is set to have a high resistance to fluid so that the pressure does not escape to the common liquid storage portion 104 when ink is ejected from the nozzle hole 101 due to a change in pressure in the discharge liquid storage portion 102. Part. Specifically, the cross-sectional area is made smaller than that of the common liquid storage unit 104 and the discharge liquid storage unit 102, and the length thereof is designed to be long in order to reduce variation in resistance value.

次に、ヘッド部44の作成方法について説明する。ヘッド部44は結晶方位面100のシリコン基板を加工し、電極材料及び振動板材料を成膜していくことで、アクチュエータ基板20を作成していく。
図6(a)〜(j)はヘッド部44の作成手順の説明図である。図6(a)に示すように、異方性エッチングのマスク材となるマスク酸化膜22をシリコン基板21の表面に0.5μm形成し、フォトリソ法により、溝部形成部に開口パターニングを行う。このとき、25%TMAH液を用いた異方性エッチングを行なう。結晶方位面100のシリコン基板21を用いているので、結晶方位面111でエッチングがストップし、図6(b)に示すように、54.7度の傾斜を持ったV字溝が形成される。V字溝形成後、マスク酸化膜22をHFウェットエッチングにより除去する。
Next, a method for creating the head unit 44 will be described. The head unit 44 forms the actuator substrate 20 by processing the silicon substrate of the crystal orientation plane 100 and forming the electrode material and the diaphragm material.
6A to 6J are explanatory diagrams of a procedure for creating the head unit 44. FIG. As shown in FIG. 6A, a mask oxide film 22 serving as a mask material for anisotropic etching is formed on the surface of the silicon substrate 21 by 0.5 μm, and opening patterning is performed on the groove forming portion by photolithography. At this time, anisotropic etching using 25% TMAH solution is performed. Since the silicon substrate 21 having the crystal orientation plane 100 is used, the etching stops at the crystal orientation plane 111, and a V-shaped groove having an inclination of 54.7 degrees is formed as shown in FIG. 6B. . After forming the V-shaped groove, the mask oxide film 22 is removed by HF wet etching.

次に、マスク酸化膜22を除去したシリコン基板21に対して、図6(c)に示すように、再度熱酸化法によりシリコン基板21の全面に、絶縁膜111を1.0um形成する。次に、図6(c)に示すように、個別電極109となるPドープポリシリコンを0.5um成膜する。リソエッチ法により個別電極109のパターニングを行なった後、個別電極109の表面に絶縁膜としてHTOを0.2μm成膜する。なお、図中ではHTOの絶縁膜は省略している。更にギャップ形成部の犠牲層201としてポリシリコンを0.35μm成膜後、フォトリソ法により図6(e)に示すように犠牲層201のパターニングを行なう。犠牲層201のパターニングの後、図6(f)に示すように、絶縁膜としてHTOを0.1μmで成膜し、共通電極となるPドープポリシリコン層110aを0.2um、次いで振動板保護膜となる絶縁膜としてSi膜を0.1um、HTOを0.3um成膜する。なお、図中ではHTO、及びSiの絶縁膜は省略している。このHTO(0.1um)、Pドープポリシリコン(0.2um)、Si膜(0.1um)、HTO(0.3um)の4層が積層振動板110として機能する。その後リソエッチ法により図6(g)に示すように、犠牲層除去孔107をV字溝間の隔壁となる領域に形成し、絶縁膜、共通電極となるPドープポリシリコン層110aの順にエッチングを行なう。 Next, with respect to the silicon substrate 21 from which the mask oxide film 22 has been removed, as shown in FIG. 6C, 1.0 μm of an insulating film 111 is formed on the entire surface of the silicon substrate 21 by thermal oxidation again. Next, as shown in FIG. 6C, 0.5 μm of P-doped polysilicon to be the individual electrode 109 is formed. After the individual electrode 109 is patterned by the lithoetch method, an HTO film having a thickness of 0.2 μm is formed on the surface of the individual electrode 109 as an insulating film. In the drawing, the insulating film of HTO is omitted. Further, after forming 0.35 μm of polysilicon as the sacrificial layer 201 in the gap forming portion, the sacrificial layer 201 is patterned by photolithography as shown in FIG. After the patterning of the sacrificial layer 201, as shown in FIG. 6 (f), HTO is formed as an insulating film with a thickness of 0.1 μm, the P-doped polysilicon layer 110a serving as a common electrode is 0.2 μm, and then the diaphragm is protected. As an insulating film to be a film, a Si 3 N 4 film of 0.1 μm and HTO of 0.3 μm are formed. In the drawing, the insulating films of HTO and Si 3 N 4 are omitted. The four layers of HTO (0.1 μm), P-doped polysilicon (0.2 μm), Si 3 N 4 film (0.1 μm), and HTO (0.3 μm) function as the laminated diaphragm 110. Thereafter, as shown in FIG. 6G, a sacrificial layer removal hole 107 is formed in a region to be a partition wall between the V-shaped grooves by lithoetching, and etching is performed in the order of the insulating film and the P-doped polysilicon layer 110a serving as a common electrode. Do.

次に、リソエッチ法により図6(h)に示すように、シリコン基板であるアクチュエータ基板20の裏面に共通液収容部104のパターンを形成する。ここではSF6、C2F4ガスを用いたICPドライエッチャーで垂直な開口パターンを形成する。エッチン深さは後に形成する個別供給路である個別貫通孔103の流体抵抗分を残した深さまでエッチングする。さらに表面よりリソエッチ法により流体抵抗となる個別貫通孔103をパターニングし、裏面に形成した共通液収容部104と表面に形成した吐出液収容部102とを連通させる。なお、共通液収容部104は初めにV字溝を形成する時に異方性エッチングのマスク材となる酸化膜を表裏パターニングし、表裏同時に異方性ウェットエッチングにより形成してもかまわない。   Next, as shown in FIG. 6H, a pattern of the common liquid storage portion 104 is formed on the back surface of the actuator substrate 20 that is a silicon substrate by lithoetching. Here, a vertical opening pattern is formed by an ICP dry etcher using SF6 and C2F4 gases. The etch depth is etched to a depth that leaves the fluid resistance of the individual through-hole 103, which is an individual supply path to be formed later. Further, the individual through-holes 103 that become fluid resistance are patterned from the front surface by a lithoetch method, and the common liquid storage portion 104 formed on the back surface is connected to the discharge liquid storage portion 102 formed on the front surface. The common liquid container 104 may be formed by anisotropic wet etching at the same time for the front and back by patterning an oxide film serving as a mask material for anisotropic etching when the V-shaped groove is first formed.

その後、酸化を行ない犠牲層除去孔107の側面に露出した共通電極となるPドープポリシリコン層110a側面と個別貫通孔103および共通液収容部104の側面に酸化膜を形成する。さらにリソエッチ法により犠牲層除去孔107のパターニングを行ない、犠牲層除去孔107底部の絶縁膜をエッチング除去する。その後、個別電極109および共通電極となるPドープポリシリコン層110aの電極取り出し用の配線及びメタルパッド106を形成する。そして、SF6を用いた等方性のドライエッチングにより犠牲層除去孔107から犠牲層201を除去し、図6(i)に示すように、ギャップ120を形成することでアクチュエータ基板20が完成する。ここでポリシリコンからなる犠牲層201の周りを酸化膜で囲んだ構造としているため、酸化膜に対して選択性の高い犠牲層エッチング条件で犠牲層を除去でき、ギャップを精度よく形成することができる。   Thereafter, oxidation is performed to form an oxide film on the side surface of the P-doped polysilicon layer 110a serving as the common electrode exposed on the side surface of the sacrificial layer removal hole 107, the individual through-hole 103, and the side surface of the common liquid storage portion 104. Further, the sacrificial layer removal hole 107 is patterned by lithoetching, and the insulating film at the bottom of the sacrificial layer removal hole 107 is removed by etching. Thereafter, an electrode lead-out wiring and a metal pad 106 of the P-doped polysilicon layer 110a to be the individual electrode 109 and the common electrode are formed. Then, the sacrificial layer 201 is removed from the sacrificial layer removal hole 107 by isotropic dry etching using SF6, and the actuator substrate 20 is completed by forming the gap 120 as shown in FIG. Here, the sacrificial layer 201 made of polysilicon is surrounded by an oxide film, so that the sacrificial layer can be removed under a sacrificial layer etching condition with high selectivity to the oxide film, and the gap can be formed with high accuracy. it can.

完成したアクチュエータ基板20表面にノズル孔を形成したノズル基板10としてポリイミドフィルムを貼り付けることで、図6(j)に示すように液滴吐出ヘッドとしてのヘッド部44が完成する。
このように液滴ヘッドを作成するほとんどの工程を半導体の製造で用いられている工法で作成できるので歩留まり良く低コストに液滴吐出ヘッドを作成することができる。これは、拡散/CDVにより成膜、リソグラフィー工程によるパターニング、及びエッチング工程による加工、これら全てクリーンな環境で実施することができることにより、歩留まり良く、信頼性の高い工法により作成するためである。
By attaching a polyimide film as the nozzle substrate 10 having nozzle holes formed on the surface of the completed actuator substrate 20, a head portion 44 as a droplet discharge head is completed as shown in FIG. 6 (j).
As described above, most of the steps for producing the droplet head can be produced by a method used in the manufacture of semiconductors, so that the droplet discharge head can be produced with high yield and low cost. This is because the film can be formed by diffusion / CDV, patterning by the lithography process, and processing by the etching process, all of which can be performed in a clean environment, so that the method can be manufactured with a high yield and high reliability.

ここで経験的に流体抵抗は、5E13(Pa・s/m)以下がとした方が良く、シリコン基板21の加工のし易さとチップ面積を大きくさせない為に個別貫通孔103の長さは700um以下である事が望ましい。
図7は個別貫通孔103の寸法を説明する図であり、図7で示した寸法での個別貫通孔103の長さと、流体抵抗のばらつきとの関係を表1に示す。また、流体抵抗の値を求める式を式1に示す。
Here, empirically, it is better to set the fluid resistance to 5E13 (Pa · s / m 3 ) or less, and the length of the individual through hole 103 is set so that the silicon substrate 21 is easily processed and the chip area is not increased. It is desirable that it is 700 um or less.
FIG. 7 is a diagram for explaining the dimensions of the individual through-holes 103. Table 1 shows the relationship between the length of the individual through-holes 103 in the dimensions shown in FIG. An equation for obtaining the value of fluid resistance is shown in Equation 1.

Figure 2006187922
Figure 2006187922

Figure 2006187922
ここで、a及びbは長方形管の2辺の長さ、lは長方形管の管の長さ、μは長方形管を通過する流体の粘度である。
Figure 2006187922
Here, a and b are the lengths of the two sides of the rectangular tube, l is the length of the rectangular tube, and μ is the viscosity of the fluid passing through the rectangular tube.

表1から流体抵抗の長さが短かい程、貫通孔の加工ばらつきが大きく影響し、流体抵抗のばらつきが大きくなる事が解る。この事から流体抵抗のばらつきを、おおよそ50%程度以下とする為に、個別貫通孔103の長さは50um以上とするのが良く、更にはアクチュエータ基板20の強度を確保する為に100um以上である事が最も望ましい。
また、個別貫通孔103の位置は吐出液収容部102内においてノズル孔101が形成される位置から離れた位置とした方が良い。図8に示すように、ノズル孔101の形成位置から長手方向に離れた位置に個別貫通孔103を設けることにより、吐出液収容部内のインクの流れがスムーズになり吐出性能が安定する。更には、図5のように吐出液収容部102の長手方向の反対側に形成するのが最も好ましい。これは個別貫通孔103とノズル孔101をできるだけ離れた位置とした方が吐出液収容部内のインクの流れがスムーズになり吐出性能が安定する為である。
From Table 1, it can be seen that as the length of the fluid resistance is shorter, the processing variation of the through hole is greatly affected, and the variation of the fluid resistance is increased. Therefore, the length of the individual through hole 103 is preferably 50 μm or more in order to make the variation in fluid resistance approximately 50% or less, and further 100 μm or more in order to ensure the strength of the actuator substrate 20. Some are most desirable.
Further, the position of the individual through hole 103 is preferably set at a position away from the position where the nozzle hole 101 is formed in the discharge liquid storage portion 102. As shown in FIG. 8, by providing the individual through-hole 103 at a position away from the position where the nozzle hole 101 is formed in the longitudinal direction, the flow of ink in the ejection liquid container is smoothed and the ejection performance is stabilized. Furthermore, it is most preferable to form it on the opposite side in the longitudinal direction of the discharge liquid storage portion 102 as shown in FIG. This is because if the individual through hole 103 and the nozzle hole 101 are located as far as possible, the flow of ink in the discharge liquid storage section becomes smoother and the discharge performance is stabilized.

次に、ヘッド部44のアクチュエータの動作について説明する。
ヘッド部44のアクチュエータ基板20の個別電極109と振動板110の共通電極としてのPドープポリシリコン層110aにそれぞれ電圧が印加されると、Pドープポリシリコン層110aに−の電荷が供給され、個別電極109に+の電荷が供給される。その結果、Pドープポリシリコン層110aと個別電極109との間に静電力が発生し、この静電力によってPドープポリシリコン層110aを有する振動板110が個別電極109側に移動する。すると、振動板110が変形し、吐出液収容部102の体積を増大させる。吐出液収容部102の体積が増大した結果、吐出液収容部102が負圧となり、共通液収容部104から個別貫通孔103を介して吐出液収容部102に流入する。個別電極109とPドープポリシリコン層110aとに印加している電圧を0にすると、それぞれに充電された電荷がそれぞれの回路を介して放電され、個別電極109とPドープポリシリコン層110aとの静電力がなくなる。その結果、振動板110が元の位置に戻り、吐出液収容部102の体積が減少する。その結果、吐出液収容部102の圧力が増し、ノズル孔101からインク液が吐出される。なお、上述の説明ではPドープポリシリコン層110aに−の電荷を供給し、個別電極109に+の電荷を供給しているが、Pドープポリシリコン層110aに+の電荷を供給し、個別電極109に−の電荷を供給しても良い。
Next, the operation of the actuator of the head unit 44 will be described.
When a voltage is applied to the individual electrode 109 of the actuator substrate 20 of the head portion 44 and the P-doped polysilicon layer 110a as a common electrode of the diaphragm 110, a negative charge is supplied to the P-doped polysilicon layer 110a. A positive charge is supplied to the electrode 109. As a result, an electrostatic force is generated between the P-doped polysilicon layer 110a and the individual electrode 109, and the diaphragm 110 having the P-doped polysilicon layer 110a moves to the individual electrode 109 side by this electrostatic force. Then, the diaphragm 110 is deformed and the volume of the discharge liquid storage unit 102 is increased. As a result of an increase in the volume of the discharge liquid storage section 102, the discharge liquid storage section 102 has a negative pressure and flows into the discharge liquid storage section 102 from the common liquid storage section 104 through the individual through hole 103. When the voltage applied to the individual electrode 109 and the P-doped polysilicon layer 110a is set to 0, the charged electric charges are discharged through the respective circuits, and the individual electrode 109 and the P-doped polysilicon layer 110a are discharged. The electrostatic force disappears. As a result, the diaphragm 110 returns to the original position, and the volume of the discharge liquid storage unit 102 decreases. As a result, the pressure in the discharge liquid storage unit 102 increases, and the ink liquid is discharged from the nozzle hole 101. In the above description, a negative charge is supplied to the P-doped polysilicon layer 110a and a positive charge is supplied to the individual electrode 109. However, a positive charge is supplied to the P-doped polysilicon layer 110a and the individual electrode 109 is supplied. A negative charge may be supplied to 109.

次に、図9を用いて本実施形態で採用した液滴吐出ヘッド(以下、実施例とする)と従来の液滴吐出ヘッド(以下、比較例1〜3とする)とのヘッド面10sの面積を比較する。なお、液滴を吐出する性能を同等にするために、吐出液収容部の長手方向の寸法は600μmで統一している。図9(a)は実施例の液滴吐出ヘッドの断面図であり、吐出液収容部102を長手方向2列に配置し、2列に配置した吐出液収容部102のヘッド面10sに対する投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔101を設けている。さらに、吐出液収容部102からヘッド面10sと離れる方向に、ここでは吐出液収容部102の底部から下方に、個別供給路としての個別貫通孔103を設けている。そして、アクチュエータ基板20の吐出液収容部102を設けた面とは反対側の面に個別貫通孔103を通して供給するインク液を収容する共通液収容部104を設けている。また、ヘッド面10sの両端部には、端部接合部として130μmの幅と、メタルパッド106の幅300μmとが確保されている。
なお、ノズル孔101、吐出液収容部102及び振動板110の配置について、2列に並んだ吐出液収容部102の部材中央の接合部について対象に設けてもよいが、千鳥配置にすることにより、ドット幅を狭めることができ、高画質化を図ることができる。
なお、流体抵抗部としての機能を有する個別貫通孔103の寸法は、40[μm]×60[μm]×300[μm]であり、インクの粘度が5.0[mPa・s]であるときの、流体抵抗Rfの値は、1.32E+13[Pa・s/m]である。
Next, the head surface 10s of the droplet discharge head (hereinafter referred to as an example) employed in the present embodiment and a conventional droplet discharge head (hereinafter referred to as Comparative Examples 1 to 3) in FIG. 9 is used. Compare areas. In order to equalize the performance of ejecting liquid droplets, the longitudinal dimension of the ejection liquid storage section is unified at 600 μm. FIG. 9A is a cross-sectional view of the droplet discharge head according to the embodiment, in which the discharge liquid storage portions 102 are arranged in two rows in the longitudinal direction, and the projection surface onto the head surface 10s of the discharge liquid storage portions 102 arranged in two rows. A nozzle hole 101 is provided at a location near the end near the other row. Furthermore, in the direction away from the discharge liquid storage portion 102 from the head surface 10s, here, an individual through-hole 103 as an individual supply path is provided below the bottom of the discharge liquid storage portion 102. A common liquid storage portion 104 that stores ink liquid supplied through the individual through-holes 103 is provided on the surface of the actuator substrate 20 opposite to the surface on which the discharge liquid storage portion 102 is provided. Further, at both ends of the head surface 10s, a width of 130 μm and a width of 300 μm of the metal pad 106 are secured as end joints.
In addition, about the arrangement | positioning of the nozzle hole 101, the discharge liquid accommodating part 102, and the diaphragm 110, you may provide in the object about the junction part of the member center of the discharge liquid accommodating part 102 located in a line with 2 rows, but by staggered arrangement | positioning , The dot width can be narrowed, and high image quality can be achieved.
The size of the individual through-hole 103 that functions as a fluid resistance portion is 40 [μm] × 60 [μm] × 300 [μm], and the ink viscosity is 5.0 [mPa · s]. The value of the fluid resistance Rf is 1.32E + 13 [Pa · s / m 3 ].

図9(b)は比較例1の液滴吐出ヘッドの断面図である。吐出液収容部102と同一面上に個別供給路103aと共通液収容部104とを設けており、さらに吐出液収容部102の長手方向2列に配置しているため、実施例に比して非常に幅広いヘッド面10sとなる。特許文献1また2の構成のノズル孔101、吐出液収容部102及び振動板110を吐出液収容部長手方向に2列に並べると、図9(b)に示す比較例1のようなヘッド部44となる。
なお、流体抵抗部としての機能を有する個別供給路103aの寸法は、60[μm]×60[μm]×700[μm]であり、インクの粘度が5.0[mPa・s]であるときの、流体抵抗Rfの値は、1.28E+13[Pa・s/m]である。
FIG. 9B is a cross-sectional view of the droplet discharge head of Comparative Example 1. Since the individual supply path 103a and the common liquid storage section 104 are provided on the same surface as the discharge liquid storage section 102 and are arranged in two rows in the longitudinal direction of the discharge liquid storage section 102, as compared with the embodiment. The head surface 10s is very wide. When the nozzle holes 101, the discharge liquid storage portion 102, and the diaphragm 110 configured in Patent Document 1 or 2 are arranged in two rows in the discharge liquid storage portion longitudinal direction, the head portion as in Comparative Example 1 shown in FIG. 44.
The size of the individual supply path 103a having a function as a fluid resistance portion is 60 [μm] × 60 [μm] × 700 [μm], and the ink viscosity is 5.0 [mPa · s]. The value of the fluid resistance Rf is 1.28E + 13 [Pa · s / m 3 ].

図9(c)は比較例2の液滴吐出ヘッドの断面図である。比較例1と異なり、共通液収容部104を吐出液収容部102と同一面上ではなく、縦方向に設けている。これにより、比較例1と比べて共通液収容部104分ヘッド面の幅を狭くすることができる。しかし、個別供給路103aを吐出液収容部102と同一面上に設けているため、実施例に比べて幅広いヘッド面となる。
なお、流体抵抗部としての機能を有する個別供給路103aの寸法は、60[μm]×60[μm]×700[μm]であり、インクの粘度が5.0[mPa・s]であるときの、流体抵抗Rfの値は、1.28E+13[Pa・s/m]である。
FIG. 9C is a cross-sectional view of the droplet discharge head of Comparative Example 2. Unlike Comparative Example 1, the common liquid storage unit 104 is provided not in the same plane as the discharge liquid storage unit 102 but in the vertical direction. Thereby, compared with the comparative example 1, the width | variety of a head surface can be narrowed for the common liquid accommodating part 104 minutes. However, since the individual supply path 103a is provided on the same surface as the discharge liquid storage portion 102, the head surface is wider than that of the embodiment.
The size of the individual supply path 103a having a function as a fluid resistance portion is 60 [μm] × 60 [μm] × 700 [μm], and the ink viscosity is 5.0 [mPa · s]. The value of the fluid resistance Rf is 1.28E + 13 [Pa · s / m 3 ].

図9(d)は比較例3の液滴吐出ヘッドの断面図である。比較例1及び2と異なり、共通液収容部104および個別供給路103aを吐出液収容部102と同一面上ではなく、縦方向に設けている。これにより、比較例2と比べても個別供給路103a分ヘッド面の幅を狭くすることができる。しかし、ノズル孔101の乾燥を防止し湿潤状態に保つためにキャッピング機構やノズル孔周辺に付着したインクを取り除くワイピング機構がノズル基板10の表面に密着するためのスペースをノズル孔101とメタルパッド106との間に設ける必要がある。そして、比較例3の構成では、ヘッド面10sに垂直な方向のヘッド面10sに対する吐出液収容部102の投影面内における他方の列から離れた端部寄りの箇所にノズル孔101を設けているため、上述のスペースに必要な距離をヘッド面10sの2列に設けた吐出液収容部102のヘッド面10sに対する2つの投影面内における両端に設けたノズル孔101のさらに外側に設ける必要がある。よって、ノズル孔101からメタルパッド106まで確保すべき距離の分、実施例に比べて幅広いヘッド面となる。特許文献3の構成は、図9(d)に示す比較例3のようなヘッド部である。
なお、流体抵抗部としての機能を有する個別供給路103aの寸法は、40[μm]×60[μm]×300[μm]であり、インクの粘度が5.0[mPa・s]であるときの、流体抵抗Rfの値は、1.32E+13[Pa・s/m]である。
実施例の液滴吐出ヘッドについても、比較例3と同様にヘッド面にノズル孔101のキャッピングやワイピングに必要な距離を設ける必要がある。しかし、ヘッド面10sに垂直な方向のヘッド面10sに対する吐出液収容部102の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔101を設けているため、ノズル孔101からメタルパッド106まで確保すべき距離は吐出液収容部102の長さにより確保されており、新たにスペースを設ける必要がない。
FIG. 9D is a cross-sectional view of the droplet discharge head of Comparative Example 3. Unlike the comparative examples 1 and 2, the common liquid storage unit 104 and the individual supply path 103a are provided not in the same plane as the discharge liquid storage unit 102 but in the vertical direction. As a result, the width of the head surface can be reduced by an amount corresponding to the individual supply path 103a as compared with Comparative Example 2. However, the nozzle hole 101 and the metal pad 106 have a space for the capping mechanism and the wiping mechanism for removing ink adhering to the periphery of the nozzle hole to adhere to the surface of the nozzle substrate 10 in order to prevent the nozzle hole 101 from being dried and to keep it in a wet state. It is necessary to provide between. In the configuration of the comparative example 3, the nozzle hole 101 is provided at a position near the end away from the other row in the projection surface of the discharge liquid storage unit 102 with respect to the head surface 10s in the direction perpendicular to the head surface 10s. Therefore, it is necessary to provide the distance necessary for the above-described space further outside the nozzle holes 101 provided at both ends in the two projection planes with respect to the head surface 10s of the discharge liquid storage portion 102 provided in two rows of the head surface 10s. . Therefore, the head surface is wider than that of the embodiment by the distance to be secured from the nozzle hole 101 to the metal pad 106. The configuration of Patent Literature 3 is a head portion as in Comparative Example 3 shown in FIG.
The size of the individual supply path 103a having a function as a fluid resistance portion is 40 [μm] × 60 [μm] × 300 [μm], and the ink viscosity is 5.0 [mPa · s]. The value of the fluid resistance Rf is 1.32E + 13 [Pa · s / m 3 ].
Also for the droplet discharge head of the example, it is necessary to provide a distance necessary for capping or wiping the nozzle hole 101 on the head surface as in Comparative Example 3. However, since the nozzle hole 101 is provided at a position near the end near the other row in the projection surface of the discharge liquid storage unit 102 with respect to the head surface 10s in the direction perpendicular to the head surface 10s, the nozzle hole 101 is connected to the metal pad. The distance to be secured up to 106 is secured by the length of the discharge liquid storage portion 102, and it is not necessary to provide a new space.

ここで、実施例、比較例1、比較例1、比較例2及び比較例3について、各部の幅方向に必要な長さ、300dpiの場合のヘッド面の幅及び一つの液滴吐出部(表中1bit)を設けために必要な面積を表2に示す。なお、1bitの液滴吐出部に要するヘッド部の長手方向の長さは84.5μmとする。   Here, for Example, Comparative Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the required length in the width direction of each part, the width of the head surface in the case of 300 dpi, and one droplet discharge part (table Table 2 shows the area required for providing 1 medium bit). The length in the longitudinal direction of the head portion required for the 1-bit droplet discharge portion is 84.5 μm.

Figure 2006187922
Figure 2006187922

表2より、図9(c)で示した比較例2は、共通液収容部104を縦方向に設けたため、図9(b)で示した比較例1の液滴吐出ヘッドに比べて、ヘッド面の面積を約36%小さくすることができる。さらに、流体抵抗部としての機能を備えた個別供給路を個別貫通孔103により形成した図9(a)に示した実施例では、比較例1の液滴吐出ヘッドに比べて、ヘッド面の面積を約59%小さくすることができる。
また、図9(a)に示した実施例では、ヘッド面10sに垂直な方向のヘッド面10sに対する吐出液収容部102の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔101を設けているため、ノズル孔101とメタルパッド106との間に新たなスペースを設ける必要がなく、図9(d)で示した比較例3に比べて、ヘッド面の面積を約24%小さくすることができる。
さらに、図示はしていないが、吐出液収容部102と同一面上に個別供給路103aと共通液収容部104とを設け、ヘッド面10sに垂直な方向のヘッド面10sに対する吐出液収容部102の投影面内における他方の列から離れた端部寄りの箇所にノズル孔101を設けた構成を考慮する。このような構成の液滴吐出ヘッドに比べて、実施例の液滴吐出ヘッドはヘッド面の面積を最大で約64%小さくできる可能性がある。また、吐出液収容部102の長さ、幅および深さは実施例、比較例1、比較例2及び比較例3の何れの構成も同じである。よって、実施例の液滴吐出ヘッドは吐出液収容部102を同容量のまま、つまり、インクを吐出する性能を維持したまま、ヘッド面の面積を小さくすることができる。
このように、ヘッド面の面積を小さくすることにより、液滴吐出ヘッドの小型を図ることができる。さらに、材料の削減も図ることができるため、コスト削減につながる。
なお、上述の実施形態では固定電極と振動板に設けた電極とに印加する電圧のON・OFFにより、吐出液収容部内の体積を変化させる静電方式のアクチュエータを採用した液滴吐出ヘッドについて説明した。吐出液収容部内の体積を変化させる方式としては静電方式のものに限るものではなく、電圧を印加することにより変形する圧電素子を用いたピエゾ方式のアクチュエータを採用しても良い。
また、上述の実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクを吐出するインクジェットヘッドに適用した例で説明した。しかし、上述の液滴吐出ヘッドを適用できる装置はインクジェットヘッドに限るものではない。インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、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の他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
From Table 2, the comparative example 2 shown in FIG. 9C is provided with the common liquid storage portion 104 in the vertical direction, so that the head is larger than the liquid droplet ejection head of the comparative example 1 shown in FIG. The area of the surface can be reduced by about 36%. Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 9A in which the individual supply path having the function as the fluid resistance portion is formed by the individual through-hole 103, the area of the head surface is larger than that of the droplet discharge head of Comparative Example 1. Can be reduced by about 59%.
Further, in the embodiment shown in FIG. 9A, the nozzle hole 101 is provided at a position near the end near the other row in the projection surface of the discharge liquid storage portion 102 with respect to the head surface 10s in the direction perpendicular to the head surface 10s. Therefore, it is not necessary to provide a new space between the nozzle hole 101 and the metal pad 106, and the area of the head surface is about 24% smaller than that of the comparative example 3 shown in FIG. can do.
Further, although not shown, an individual supply path 103a and a common liquid storage section 104 are provided on the same surface as the discharge liquid storage section 102, and the discharge liquid storage section 102 for the head surface 10s in a direction perpendicular to the head surface 10s. Consider a configuration in which the nozzle hole 101 is provided at a location near the end away from the other row in the projection plane. There is a possibility that the droplet discharge head of the embodiment can reduce the area of the head surface by about 64% at the maximum as compared with the droplet discharge head having such a configuration. Further, the length, width, and depth of the discharge liquid storage portion 102 are the same in all configurations of the example, the comparative example 1, the comparative example 2, and the comparative example 3. Therefore, the droplet discharge head of the embodiment can reduce the area of the head surface while keeping the discharge liquid storage portion 102 at the same capacity, that is, while maintaining the performance of discharging ink.
Thus, by reducing the area of the head surface, the droplet discharge head can be reduced in size. In addition, material can be reduced, leading to cost reduction.
In the above-described embodiment, a liquid droplet ejection head that employs an electrostatic actuator that changes the volume in the ejection liquid storage portion by turning on and off the voltage applied to the fixed electrode and the electrode provided on the diaphragm is described. did. The method of changing the volume in the discharge liquid storage unit is not limited to the electrostatic method, and a piezoelectric actuator using a piezoelectric element that deforms when a voltage is applied may be employed.
Further, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to an inkjet head that ejects ink as a droplet ejection head has been described. However, an apparatus to which the above-described droplet discharge head can be applied is not limited to an inkjet head. As a droplet discharge head other than an inkjet head, for example, it can be applied to other droplet discharge heads such as a droplet discharge head that discharges a liquid resist as droplets and a droplet discharge head that discharges a DNA sample as droplets. .

以上、本実施形態によれば、ノズル孔101、吐出液収容部102及び圧力変化手段としての振動板110を吐出液収容部102の短手方向に3以上列状に並べて、吐出液収容部102の長手方向に2列に配置し、ヘッド面10sに垂直な方向のヘッド面10sに対する吐出液収容部102の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所にノズル孔101を設けている。ノズル孔101を2列に配置した吐出液収容部102の投影面内における他方の列に近い端部側、つまり、ヘッド面の中央側に設けている。これにより、2列に並べた吐出液収容部102の他方の列から離れる両端部の、さらに外側のヘッド面10sの両端にノズル孔101をキャッピングやワイピングするためのスペースを余分に取る必要がない。さらに、吐出液収容部102からヘッド面10sと離れる方向に、ここでは吐出液収容部102の底部から下方に、流体抵抗としての機能を有する個別供給路としての個別貫通孔103を設けている。これにより、吐出液収容部102と同一面上に個別供給路を配置するスペースを設ける必要がない。これらの構成により、従来の液滴吐出ヘッドに比べてヘッド面の面積を縮小することができる。
また、ヘッド部44を作成する際のほとんどの工程を半導体製造で用いられている工法で作成できるので、歩留まり良く低コストに液滴吐出ヘッドを作成することができる。さらに、吐出液収容部102を液滴吐出ヘッド基板としてのアクチュエータ基板20の一方の面に設け、アクチュエータ基板20の吐出液収容部102の裏側に共通液収容部104を設けている。そして、個別供給路としての個別貫通孔103が吐出液収容部102と共通液収容部104とを連通する貫通孔となっている。これにより、半導体製造で用いられている工法を用いて液滴吐出部を一つのシリコン基板から容易に作成することができる。
また、ヘッド部44は個別貫通孔103が吐出液収容部102内の長辺方向においてノズル孔101の形成位置とは反対側の端部に形成されている。個別貫通孔103を流体抵抗とすることで新たに流体抵抗部を配置するスペースが不要になり、ヘッド面の面積を小さくすることができる。また、個別貫通孔103をノズル孔101の形成位置と反対側端部に形成することにより、吐出液収容部102内のインクの流れがスムーズになり、安定した液滴吐出が可能となる。これにより、低コストで高品質な液滴吐出ヘッドを作成することができる。
また、流体抵抗としての機能を有する個別供給路である個別貫通孔103の長さを300μmとしている。流体抵抗の長さを50[μm]以上、700[μm]以下とすることで、個別貫通孔103の加工が容易になる。さらに、個別貫通孔103の流体抵抗値が大きくなりすぎないので貫通孔径を小さくすることができ、省スペース化を図ることができる。省スペース化により液滴吐出ヘッドを低コストに作成することができる。
また、ヘッド部44では圧力発生手段としての振動板110を静電力により変形させることによって液に圧力を加え液滴を吐出する静電駆動式の液滴吐出ヘッド。よって、ほとんどの工程を半導体製造で用いられている工法で作成でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを歩留まり良く低コストに作成することが出来る。
また、静電駆動式のヘッド部44では吐出液収容部102内の壁面を構成する振動板110を複数備えているので振動板変位による排除体積が大きくでき吐出液収容部102の面積を小さくできる。これにより信頼性の高い液滴吐出ヘッドを低コストに作成することが出来る。
また、インクジェットヘッドであるヘッド部44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ので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
また、インクジェット記録装置としてのプリンタ31は、インクジェットヘッドとして、ヘッド部44を搭載しているので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the nozzle holes 101, the discharge liquid storage unit 102, and the vibration plate 110 as the pressure change unit are arranged in a row in the lateral direction of the discharge liquid storage unit 102 in three or more rows. Are arranged in two rows in the longitudinal direction, and nozzle holes 101 are provided at positions close to the end portion near the other row in the projection surface of the discharge liquid storage portion 102 with respect to the head surface 10s in the direction perpendicular to the head surface 10s. . The nozzle holes 101 are provided on the end side near the other row in the projection plane of the discharge liquid storage portion 102 arranged in two rows, that is, on the center side of the head surface. This eliminates the need for extra space for capping and wiping the nozzle holes 101 at both ends of the outer head surface 10 s at both ends of the discharge liquid storage portions 102 arranged in two rows away from the other row. . Further, in the direction away from the discharge liquid storage portion 102 from the head surface 10s, here, an individual through hole 103 as an individual supply path having a function as fluid resistance is provided below the bottom of the discharge liquid storage portion 102. Thereby, it is not necessary to provide a space for arranging the individual supply path on the same surface as the discharge liquid storage unit 102. With these configurations, the area of the head surface can be reduced as compared with the conventional droplet discharge head.
In addition, since most of the steps for producing the head portion 44 can be produced by a method used in semiconductor manufacturing, a droplet discharge head can be produced with good yield and low cost. Further, the discharge liquid storage portion 102 is provided on one surface of the actuator substrate 20 as a droplet discharge head substrate, and the common liquid storage portion 104 is provided on the back side of the discharge liquid storage portion 102 of the actuator substrate 20. An individual through hole 103 as an individual supply path is a through hole that allows the discharge liquid storage unit 102 and the common liquid storage unit 104 to communicate with each other. Thereby, a droplet discharge part can be easily produced from one silicon substrate using the construction method used in semiconductor manufacturing.
In the head portion 44, the individual through hole 103 is formed at an end portion on the opposite side to the position where the nozzle hole 101 is formed in the long side direction in the discharge liquid storage portion 102. By using the individual through-hole 103 as a fluid resistance, a space for newly arranging the fluid resistance portion becomes unnecessary, and the area of the head surface can be reduced. Further, by forming the individual through-hole 103 at the end opposite to the position where the nozzle hole 101 is formed, the ink flow in the discharge liquid storage portion 102 becomes smooth, and stable droplet discharge becomes possible. Thereby, a high-quality droplet discharge head can be produced at low cost.
In addition, the length of the individual through hole 103 which is an individual supply path having a function as fluid resistance is set to 300 μm. By setting the length of the fluid resistance to 50 [μm] or more and 700 [μm] or less, the processing of the individual through holes 103 is facilitated. Furthermore, since the fluid resistance value of the individual through hole 103 does not become too large, the diameter of the through hole can be reduced, and space saving can be achieved. Due to space saving, a droplet discharge head can be produced at low cost.
The head unit 44 is an electrostatically driven droplet discharge head that discharges droplets by applying pressure to the liquid by deforming the diaphragm 110 as pressure generating means by electrostatic force. Therefore, most processes can be created by a method used in semiconductor manufacturing, and a highly reliable droplet discharge head can be produced with a high yield and low cost.
In addition, since the electrostatically driven head unit 44 includes a plurality of diaphragms 110 that constitute the wall surface in the discharge liquid storage unit 102, the volume excluded by the vibration plate displacement can be increased, and the area of the discharge liquid storage unit 102 can be reduced. . Thereby, a highly reliable droplet discharge head can be produced at low cost.
In addition, since the head portion 44 that is an ink jet head and the ink tank that supplies ink to the ink jet head are integrated, manufacturing defects can be reduced and the cost can be reduced.
Further, since the printer 31 as the ink jet recording apparatus is equipped with the head portion 44 as an ink jet head, manufacturing defects can be reduced and the cost can be reduced.

[変形例1]
上述の実施形態では、一枚のシリコン基板の2つの面にそれぞれ、吐出液収容部102と共通液収容部104とを設け、個別貫通孔103により連通していたが、吐出液収容部102と共通液収容部104とを連通する構成はこれに限るものではない。図10に変形例1の概略説明図を示す。
変形例1では、一枚のシリコン基板のみで作成するのではなく、シリコン基板21と基板裏面に接合されるフレーム部材301に渡って流体抵抗となる貫通孔を設けている。そして、フレーム部材301側に共通液収容部104を設けている。このように、シリコン基板21の裏面にフレーム部材301を設けてアクチュエータ基板を作成することにより、シリコン基板のみで作成するよりも強度の高い液滴吐出ヘッドを作成することができる。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the discharge liquid storage portion 102 and the common liquid storage portion 104 are provided on the two surfaces of a single silicon substrate and communicated with each other through the individual through holes 103. The configuration for communicating with the common liquid storage unit 104 is not limited to this. FIG. 10 shows a schematic explanatory diagram of the first modification.
In the first modification, a through-hole serving as a fluid resistance is provided over the frame member 301 bonded to the silicon substrate 21 and the back surface of the substrate, instead of being formed with only one silicon substrate. And the common liquid accommodating part 104 is provided in the frame member 301 side. In this manner, by providing the frame member 301 on the back surface of the silicon substrate 21 to create the actuator substrate, it is possible to create a liquid droplet ejection head having a higher strength than that produced only with the silicon substrate.

上述の実施形態及び変形例1では、V字溝内にアクチュエータを作成していく静電型アクチュエータの例を説明したが、図11に示すように、平行平板型の静電アクチュエータでも同様の効果が得られる。   In the above-described embodiment and Modification 1, an example of an electrostatic actuator in which an actuator is created in a V-shaped groove has been described. However, as shown in FIG. Is obtained.

インクジェットプリンタの概略斜視図。1 is a schematic perspective view of an ink jet printer. インクジェットプリンタの概略断面図。1 is a schematic sectional view of an ink jet printer. インクカートリッジの概略構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ink cartridge. インクカートリッジのヘッド部の概略斜視図。FIG. 3 is a schematic perspective view of a head portion of an ink cartridge. インクカートリッジのヘッド部概略説明図。(a)は平面図、(b)及び(c)は断面図。FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a head portion of an ink cartridge. (A) is a top view, (b) and (c) are sectional views. (a)〜(j)は液滴吐出ヘッドの作成手順の説明図。(A)-(j) is explanatory drawing of the preparation procedure of a droplet discharge head. 流体抵抗部の寸法説明図。The dimension explanatory drawing of a fluid resistance part. 図5とは異なる位置に貫通孔を設けた構成の概略説明図。(a)は平面図、(b)は断面図。FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of a configuration in which a through hole is provided at a position different from that in FIG. 5. (A) is a top view, (b) is sectional drawing. 液滴吐出ヘッドの構成の違いによる面積の違いを比較する概略図。(a)は実施例、(b)は比較例1、(b)は比較例2、(b)は比較例3の概略図。Schematic which compares the difference in an area by the difference in a structure of a droplet discharge head. (A) is an Example, (b) is the comparative example 1, (b) is the comparative example 2, (b) is the schematic of the comparative example 3. FIG. 変形例1のヘッド部の概略構成図。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a head unit according to Modification 1; 吐出液収容部の底面を平面にしたヘッド部の概略構成図。The schematic block diagram of the head part which made the bottom face of the discharge liquid accommodating part flat.

符号の説明Explanation of symbols

10 ノズル基板
20 アクチュエータ基板
32 印字機構部
33 キャリッジ
34 給紙機構部
35 手差しトレイ
36 排紙トレイ
37 給紙トレイ
44 ヘッド部
50 タイミングベルト
51 給紙ローラ
57 手差しローラ
67 回復装置
101 ノズル孔
102 吐出液収容部
103 個別貫通孔
103a 個別供給路
104 共通液収容部
106 メタルパッド
107 犠牲層除去孔
109 個別電極
110 振動板
110a Pドープポリシリコン層
111 絶縁膜
120 ギャップ
201 犠牲層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Nozzle board | substrate 20 Actuator board | substrate 32 Printing mechanism part 33 Carriage 34 Paper feed mechanism part 35 Manual feed tray 36 Paper discharge tray 37 Paper feed tray 44 Head part 50 Timing belt 51 Paper feed roller 57 Manual feed roller 67 Recovery device 101 Nozzle hole 102 Discharge liquid Container 103 Individual through hole 103a Individual supply path 104 Common liquid container 106 Metal pad 107 Sacrificial layer removal hole 109 Individual electrode 110 Diaphragm 110a P-doped polysilicon layer 111 Insulating film 120 Gap 201 Sacrificial layer

Claims (8)

液滴を吐出するノズル孔と、
該ノズル孔により外部と連通し、かつ該液滴となる吐出液を収容する吐出液収容部と、
該吐出液収容部内の圧力を変化させる圧力変化手段と、
複数の該吐出液収容部に供給する該吐出液を収容する共通液収容部と、
該共通液収容部からそれぞれの該吐出液収容部に該吐出液を供給する個別供給路とを有する液滴吐出ヘッドのおいて、
該ノズル孔を複数設けた部分をヘッド面部とし、該ヘッド面部の外部と対向する面をヘッド面とすると、
該ノズル孔、該吐出液収容部及び該圧力変化手段を該吐出液収容部の短手方向に3以上列状に並べて、該吐出液収容部の長手方向に2列に配置し、
該ヘッド面に垂直な方向の該ヘッド面に対する該吐出液収容部の投影面内における他方の列に近い端部寄りの箇所に該ノズル孔を設け、
該ヘッド面と離れる方向に該吐出液収容部から延在するように該個別供給路を形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
Nozzle holes for discharging droplets;
A discharge liquid storage portion that communicates with the outside through the nozzle hole and stores the discharge liquid that becomes the liquid droplets;
Pressure changing means for changing the pressure in the discharge liquid storage section;
A common liquid storage section for storing the discharge liquid supplied to the plurality of discharge liquid storage sections;
In a droplet discharge head having an individual supply path for supplying the discharge liquid from the common liquid storage section to each of the discharge liquid storage sections,
When a portion provided with a plurality of the nozzle holes is a head surface portion, and a surface facing the outside of the head surface portion is a head surface,
The nozzle holes, the discharge liquid storage part, and the pressure change means are arranged in a row of three or more in the short direction of the discharge liquid storage part, and arranged in two rows in the longitudinal direction of the discharge liquid storage part,
The nozzle hole is provided at a location near the end near the other row in the projection surface of the discharge liquid storage unit with respect to the head surface in a direction perpendicular to the head surface,
A droplet discharge head, wherein the individual supply path is formed so as to extend from the discharge liquid storage portion in a direction away from the head surface.
請求項1の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液収容部を液滴吐出ヘッド基板の一方の面に設け、
該液滴吐出ヘッド基板の該吐出液収容部を設けた面とは反対側の面に上記共通液収容部を設け、
上記個別供給路を該吐出液収容部と該共通液収容部とを連通する貫通孔としたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 1.
The discharge liquid storage portion is provided on one surface of the droplet discharge head substrate,
The common liquid container is provided on the surface of the droplet discharge head substrate opposite to the surface on which the discharge liquid container is provided,
A droplet discharge head, wherein the individual supply path is a through-hole that communicates the discharge liquid storage part and the common liquid storage part.
請求項1または2の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液収容部の上記ノズル孔の形成位置から長手方向反対側端部に上記個別供給路を形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 1 or 2,
The droplet discharge head, wherein the individual supply path is formed at an end portion on the opposite side in the longitudinal direction from the position where the nozzle hole is formed in the discharge liquid storage portion.
請求項1、2または3の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記個別供給路の長さが50[μm]以上、700[μm]以下であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 1, 2 or 3,
The droplet discharge head, wherein the length of the individual supply path is 50 [μm] or more and 700 [μm] or less.
請求項1、2、3または4の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記圧力変化手段が上記吐出液収容部の壁面を構成する振動板と該振動板とギャップを介して対抗する対向電極とからなり、
該振動板及び該対向電極との間に電圧を印加し、該振動板を静電力により変形させることによって該吐出液収容部の内部の圧力を変化させる静電駆動式圧力変化手段であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 1, 2, 3, or 4
The pressure change means comprises a diaphragm constituting a wall surface of the discharge liquid storage section and a counter electrode opposed to the diaphragm through a gap;
An electrostatic drive type pressure changing means for applying a voltage between the diaphragm and the counter electrode and deforming the diaphragm by electrostatic force to change the pressure inside the discharge liquid storage unit; A droplet discharge head that is characterized.
請求項5の液滴吐出ヘッドにおいて、
一つの上記吐出液収容部に複数の上記振動板を供えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 5.
A droplet discharge head comprising a plurality of the vibration plates in one discharge liquid container.
インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、
該液滴吐出ヘッドとして請求項1、2、3、4、5又は6に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクカートリッジ。
In an ink cartridge in which a droplet discharge head that discharges ink droplets and an ink tank that supplies ink to the droplet discharge head are integrated,
An ink cartridge using the droplet discharge head according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6 as the droplet discharge head.
インク滴を吐出す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において、
該インクジェットヘッドとして請求項1、2、3、4、5又は6に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクジェット記録装置。
In an inkjet recording apparatus equipped with an inkjet head that ejects ink droplets,
An ink jet recording apparatus using the liquid droplet ejection head according to claim 1 as the ink jet head.
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