JP2006218673A - Nozzle plate for liquid ejection head, manufacturing method therefor, liquid ejection head, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体吐出ヘッド用ノズル板、液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a nozzle plate for a liquid discharge head, a method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head, a liquid discharge head, and an image forming apparatus.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドを記録ヘッドに用いて、記録紙等の被記録媒体(以下「用紙」と称するが、材質を紙に限定するものではなく、記録媒体、転写紙、転写材、被記録材などとも称される。)に記録液としてのインク滴を吐出して記録(画像形成、印写、印字、印刷なども同義語である。)を行うものである。 As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, and a multifunction machine of these, for example, an ink jet recording apparatus is known. The ink jet recording apparatus uses a liquid discharge head as a recording head, and is a recording medium such as recording paper (hereinafter referred to as “paper”, but the material is not limited to paper, and the recording medium, transfer paper, transfer material, Recording is also performed by ejecting ink droplets as a recording liquid onto the recording material, etc. (image formation, printing, printing, printing, etc. are also synonymous).
このような画像形成装置における高速記録を図るために使用する液体吐出ヘッドの長尺化ないしはライン化を行なう場合、ヘッド内でのノズル穴径のバラツキを低減することが課題の一つとなっている。また、ヘッドのサイズが大きくなるに伴ってノズル板の製造上のコストも増加する一方である。そこで、フォトリソとエッチング法により同時に多数のノズル穴を一度に穿孔してノズル板を作製するために、次のような技術が提案されている。 When the liquid discharge head used for achieving high-speed recording in such an image forming apparatus is lengthened or lined, it is one of the problems to reduce the variation in nozzle hole diameter in the head. . Further, as the size of the head increases, the manufacturing cost of the nozzle plate also increases. Therefore, in order to produce a nozzle plate by simultaneously drilling a large number of nozzle holes by photolithography and etching methods, the following techniques have been proposed.
例えば、特許文献1に記載されているように、ポリイミド上にNiを積層した積層構造のノズル板であって、ノズル板の形成プロセスは、NiをハードマスクとしてポリイミドにECR方式で励起した酸素プラズマによるドライエッチングでノズル穴を穿孔加工したノズル板がある。
特許文献2に記載されているように、ポリイミド板にAl,Ni,Cu等の金属を積層した後、これをパターニングし、このパターニングした金属膜をマスクにしてポリイミド板をヘリコン波による酸素プラズマでドライエッチングを行ってノズル穴を形成したノズル板がある。
特許文献3に記載されているように、金属や酸化Si膜等の無機膜をハードマスクとしてプラスティックフィルムにドライエッチングを行ってノズル穴を穿孔し、このとき、エッチング条件を制御することでエッチングマスクの穴直径よりプラスティックフィルムの穴径を小さく穿孔しテーパー形状のノズル穴を形成したノズル板がある。
特許文献4に記載されているように、予め大きさの異なる穴径の加工したノズルプレートとノズル補強板を高分子フィルム状接着剤により接着して一体化したノズル板がある。
特許文献5に記載されているように、積層構成のノズル板であってノズル穴径のバラツキと液吐出特性をのバラツキを改善するために、剛性基板のノズル連通穴径Dと樹脂フィルムのノズル穴径dとの関係D/dが1.3〜8の値を取るようにした積層構成のノズル板がある。
しかしながら、特許文献1に記載のノズル板にあっては、Niハードマスクの開口径と等しくポリイミドが穿孔加工されている。つまり、Niハードマスク部材のノズル直径とポリイミド部材のノズル直径が等しく形成されるので、流体抵抗が高くなり圧力損失も大きいものとなり、その結果、噴射電圧の増加や吐出効率の低下を引き起こすという課題がある。
However, in the nozzle plate described in
また、特許文献2に記載のノズル板にあっても、パターニングした金属膜と等しい穴直径でポリイミドが穿孔加工されるので、流体抵抗が高くなり圧力損失も大きいものとなり、その結果、噴射電圧の増加や吐出効率の低下を引き起こすという課題がある。
Further, even in the nozzle plate described in
さらに、特許文献3に記載のノズル板にあっては、ノズル板を作製したのちに液室基板とアライメント接合しなければならないため、アライメント工程が別途必要であり工程が複雑となるという課題がある。
Furthermore, in the nozzle plate described in
また、特許文献4に記載のノズル板にあっては、各構成部材をアライメントし接着接合しているため、工程が複雑になるばかりでなくノズルプレートとノズル補強板のアライメントずれによるインク吐出特性の劣化を引き起こすという課題がある。 Further, in the nozzle plate described in Patent Document 4, since the constituent members are aligned and adhesively bonded, not only the process becomes complicated, but also the ink ejection characteristics due to misalignment between the nozzle plate and the nozzle reinforcing plate. There is a problem of causing deterioration.
さらに、特許文献5に記載のノズル板にあっては、剛性基板のノズル連通穴と樹脂フィルムのノズル穴を別々に穿孔するために、各々の穴の中心が異なって形成されることがあり、滴吐出方向がノズルによってばらついて画質が低下するという課題がある。 Furthermore, in the nozzle plate described in Patent Document 5, in order to separately drill the nozzle communication hole of the rigid substrate and the nozzle hole of the resin film, the center of each hole may be formed differently, There is a problem that the image quality is deteriorated due to variations in the droplet discharge direction depending on the nozzle.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、滴吐出効率を向上するとともに滴吐出方向のバラツキを低減した液体吐出ヘッド用ノズル板、同ノズル板の製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and improves the liquid ejection efficiency and reduces the variation in the liquid ejection direction, the method for producing the nozzle plate, the liquid ejection head, and image formation An object is to provide an apparatus.
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板は、液滴を吐出するノズルを構成する穴部を形成した第1の部材の液滴吐出方向と反対方向の面に、前記第1の部材の穴部に連通する穴部を形成した第2の部材を設けた液体吐出ヘッド用ノズル板において、第1の部材と第2の部材の界面における第2の部材の穴部の直径が、第1の部材の穴部の吐出面側の直径よりも大きく、かつ、第1の部材の穴部の中心と第2の部材の穴部の中心とが同心に形成されている構成とした。 In order to solve the above problems, a nozzle plate for a liquid discharge head according to the present invention has a surface opposite to the liquid droplet discharge direction of the first member in which a hole constituting a nozzle for discharging liquid droplets is formed. In the nozzle plate for a liquid discharge head provided with the second member in which the hole portion communicating with the hole portion of the first member is provided, the hole portion of the second member at the interface between the first member and the second member Is larger than the diameter of the hole of the first member on the discharge surface side, and the center of the hole of the first member and the center of the hole of the second member are formed concentrically. The configuration.
ここで、第1の部材の厚さが第2の部材の厚さよりも薄いことが好ましい。また、第1の部材は第2の部材をエッチングするときのエッチャントに対してエッチングレートが相対的に小さいことが好ましい。さらに、第1の部材は無機材であって、第2の部材は有機樹脂であることが好ましい。また、第1の部材の吐出側表面は撥水性を有していることが好ましい。 Here, it is preferable that the thickness of the first member is thinner than the thickness of the second member. Further, it is preferable that the first member has a relatively low etching rate with respect to the etchant used when the second member is etched. Furthermore, it is preferable that the first member is an inorganic material and the second member is an organic resin. Moreover, it is preferable that the discharge side surface of the first member has water repellency.
本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法は、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板を製造する製造方法であって、第1の部材にエッチング穿孔して穴部を形成する工程と、第1の部材をエッチングマスクとして第2の部材をエッチングにより穿孔して穴部を形成する工程を有する構成とした。 A manufacturing method of a nozzle plate for a liquid discharge head according to the present invention is a manufacturing method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to the present invention, and includes a step of etching and drilling a first member to form a hole. The first member is used as an etching mask, and the second member is perforated by etching to form a hole.
ここで、第1の部材及び第2の部材に対するエッチングはドライエッチング法で行うことが好ましい。 Here, the etching of the first member and the second member is preferably performed by a dry etching method.
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板を備えているものである。 The liquid discharge head according to the present invention includes the nozzle plate for a liquid discharge head according to the present invention.
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。 The image forming apparatus according to the present invention includes the liquid discharge head according to the present invention.
本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板は、第1の部材と第2の部材の界面における第2の部材の穴部の直径が、第1の部材の穴部の吐出面側の直径よりも大きく構成されているので、圧力損失が小さくなって滴吐出効率が向上し、第1の部材の穴部の中心と第2の部材の穴部の中心とが同心に形成されているので、滴吐出方向のバラツキを低減することができる。 In the nozzle plate for a liquid ejection head according to the present invention, the diameter of the hole of the second member at the interface between the first member and the second member is larger than the diameter of the hole of the first member on the ejection surface side. Since it is configured to be large, the pressure loss is reduced and the droplet discharge efficiency is improved, and the center of the hole of the first member and the center of the hole of the second member are formed concentrically. Variations in the discharge direction can be reduced.
本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法は、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板を製造する製造方法であって、第1の部材にエッチング穿孔して穴部を形成する工程と、第1の部材をエッチングマスクとして第2の部材をエッチングにより穿孔して穴部を形成する工程を有するので、1つの工程でノズルを穿孔することができて、滴吐出効率が向上するとともに滴吐出方向のバラツキが低減する長尺ヘッド用のノズル板を精度良く、低コストで製造することができる。 A manufacturing method of a nozzle plate for a liquid discharge head according to the present invention is a manufacturing method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to the present invention, and includes a step of etching and drilling a first member to form a hole. Since the first member is used as an etching mask and the second member is perforated by etching to form a hole, the nozzle can be perforated in one step, and the droplet discharge efficiency is improved and the droplet is improved. A nozzle plate for a long head that reduces variations in the discharge direction can be accurately manufactured at low cost.
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板を備えているので、滴吐出効率が向上するとともに滴吐出方向のバラツキを低減することができる。 Since the liquid discharge head according to the present invention includes the liquid discharge head nozzle plate according to the present invention, it is possible to improve the droplet discharge efficiency and reduce variations in the droplet discharge direction.
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を形成することができる。 Since the image forming apparatus according to the present invention includes the liquid discharge head according to the present invention, a high-quality image can be formed.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、支持体である樹脂等のフレーム支持体1上にPZT等の積層型圧電素子2を配置している。この積層型圧電素子2は滴吐出の駆動電圧を印加することによって伸縮変位を生じる。また、フレーム支持体1上には積層型圧電素子2と交互に同じく積層型圧電素子で構成した支柱部3を配置している。この支柱部3には駆動電圧が印加されないので単なる支柱として機能する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory sectional view showing an example of a liquid discharge head according to the present invention.
In this liquid discharge head, a laminated
これらの圧電素子2及び支柱部3上には有機樹脂や金属又はこれらの組合せなどで構成した振動板4を配置し、振動板4上には液室6及び液室間の隔壁7並びに図示しない共通液室などを形成するための剛性の高いステンレスやシリコン等からなる流路部材8を設けて、この流路部材8上に液滴を吐出するノズル9を形成した積層構造の本発明に係るノズル板10を設けている。
A vibration plate 4 made of organic resin, metal, or a combination thereof is disposed on the
このノズル板10は、液滴を吐出するノズル9を構成する穴部11aを形成した第1の部材11の液滴吐出方向と反対方向の面に、第1の部材11の穴部11aに連通する穴部12aを形成した第2の部材12を設けてなる。つまり、流路部材8上に、ノズル9を構成する穴部12aを形成した第2の部材12及び同じく穴部11aを形成した第1の部材を積層してなる。第2の部材12は、厚さt2、第1の部材11との積層界面表面におけるノズル直径(穴部12aの直径)d2としている。また、第1の部材11は、厚さt1、吐出面表面のノズル直径(穴部11aの直径)d1としている。なお、各部材11、12における厚みはt1<t2、ノズル直径はd1<d2の関係にある。
The
ここでは、第2の部材12は、厚さt2が10μm〜100μm、好ましくは20μm〜50μmのポリイミドフィルムやポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の有機樹脂フィルムで形成し、第1の部材11は、厚さt1が0.01μm〜10μm、好ましくは、0.05μm〜1μmの酸化シリコン膜、金属膜等の第2の部材12の穴部12aをエッチング穿孔するときに選択性を有する材料で形成している。
Here, the
また、第1の部材11に形成した穴部11aのノズル直径d1は5μm〜60μm、好ましくは、10〜30μmであって、第2の部材12に形成した穴部12aのノズル直径d2は第1の部材11に形成した穴部11aのノズル直径d1よりも大きければ良い。この場合、ノズル直径d1とd2との差は、10μm以下であることが好ましい。それ以上の差になると、第1の部材11に形成したノズル端部が庇状になるため、液吐出時に、この部分が破損し易くなり、噴射特性へ悪影響を与えるおそれがある。
The nozzle diameter d1 of the
さらに、第1の部材11に形成した穴部11aの中心は第2の部材12に形成した穴部12aの中心と一致するように各々同心円状になるように形成している。第1、第2の部材11、12の穴部11a、12aを同心に形成することで、滴吐出方向のバラツキを低減することができる。
Further, the center of the
なお、ノズル板10の吐出側表面には、滴吐出特性をより安定させるためにオプツール(商品名)等のフッ素系撥水成膜やシリコーン(商品名)等のメチル基を有する撥水材料等、吐出する液に対して撥水性を有する撥水層13を形成している。
In addition, on the discharge side surface of the
以上のように構成した液体吐出ヘッドの動作ついて説明する。例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて複数の圧電素子2に20〜50Vの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子2が変位して振動板4をノズル板10方向に変形させ、液室6の容積(体積)変化によって液室6内の液体を加圧することで、ノズル板10のノズル9から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室6内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室6内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子2への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板4が元の位置に戻って液室6が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、図示しない液タンクに通じる液供給パイプから入った液は、液室6内に充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル9から吐出される。
The operation of the liquid discharge head configured as described above will be described. For example, in the case of driving by a pushing method, a pulse voltage is applied by selectively applying a drive pulse voltage of 20 to 50 V to the plurality of
このように、この液体吐出ヘッドにおいては、第1の部材と第2の部材の界面における第2の部材の穴部の直径が、第1の部材の穴部の吐出面側の直径よりも大きく、かつ、第1の部材の穴部の中心と第2の部材の穴部の中心とが同心に形成されているので、ノズル板の厚みが等しい従来のノズル板構成と比較してノズル板を液体が通過するときのノズル板全体の流体抵抗は相対的に小さくなる。結果として圧力損失が少なくなって効率的な滴吐出が可能となるとともに、液吐出方向をバラツキが低減する。これにより、また、液体吐出ヘッドをライン型ヘッドとする場合でも均一性の良い滴吐出を行なうことができるようになる。 Thus, in this liquid discharge head, the diameter of the hole of the second member at the interface between the first member and the second member is larger than the diameter of the hole of the first member on the discharge surface side. In addition, since the center of the hole of the first member and the center of the hole of the second member are formed concentrically, the nozzle plate is compared with the conventional nozzle plate configuration in which the thickness of the nozzle plate is equal. The fluid resistance of the entire nozzle plate when liquid passes is relatively small. As a result, pressure loss is reduced and efficient droplet discharge is possible, and variations in the liquid discharge direction are reduced. As a result, even when the liquid discharge head is a line-type head, it is possible to perform droplet discharge with good uniformity.
ここで、第1の部材の厚さを第2の部材の厚さよりも薄くすることにより、ノズル板の厚みが等しい従来のノズル板構成と比較すると、液滴吐出時のノズル板の流体抵抗が更に小さくなって、圧力損失が更に少なくなり、より効率的な液吐出が可能となるばかりでなく、第1の部材の厚みが第2の部材の厚みよりも薄いことで、第1の部材のエッチング時間が短時間で済み、寸法精度が向上する。 Here, by making the thickness of the first member thinner than the thickness of the second member, the fluid resistance of the nozzle plate at the time of droplet discharge is smaller than that of a conventional nozzle plate configuration in which the nozzle plate has the same thickness. Further, the pressure loss is further reduced, and more efficient liquid discharge becomes possible, and the thickness of the first member is smaller than the thickness of the second member. The etching time is short and the dimensional accuracy is improved.
また、第1の部材は第2の部材をエッチングするときのエッチャントに対してエッチングレートが相対的に小さい材料で形成することによって、第2の部材をエッチング穿孔加工するときに第1の部材をエッチングマスクとして用いることでき、新たにエッチングマスクを準備する必要が無く工程が簡略化できるとともに、第2の部材に対する穿孔加工の精度を上げることができる。 Further, the first member is formed of a material having a relatively low etching rate with respect to the etchant used for etching the second member, so that the first member can be formed when etching the second member by etching. It can be used as an etching mask, it is not necessary to prepare a new etching mask, the process can be simplified, and the accuracy of the drilling process for the second member can be increased.
さらに、第1の部材は無機材で、第2の部材は有機樹脂で形成することにより、第2の部材である有機樹脂をエッチング穿孔するときに高いエッチング選択性が得られ、高精度にノズルを穿孔することができる。 Furthermore, the first member is made of an inorganic material, and the second member is made of an organic resin, so that a high etching selectivity can be obtained when the organic resin as the second member is perforated by etching, and the nozzle is highly accurate. Can be perforated.
また、第1の部材の吐出面側表面に撥水層を形成することによって、表面張力によりノズルに安定したメニスカス面が形成されるので安定した滴吐出特性が得られる。 Further, by forming the water repellent layer on the discharge surface side surface of the first member, a stable meniscus surface is formed on the nozzle by the surface tension, so that stable droplet discharge characteristics can be obtained.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法を含む液体吐出ヘッドの製造工程について図2及び図3を参照して説明する。
先ず、図2(a)に示すように、液室や液流路を形成するSUSやシリコン等の流路部材8を準備し、同図(b)に示すように、通常のフォトリソとエッチング法により液室6や図示しない流路を形成する。
Next, a manufacturing process of the liquid discharge head including the manufacturing method of the nozzle plate for the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 2A, a
その後、同図(c)に示すように、流路部材8の表面に、第2部材12としてポリイミドフィルムやポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の有機樹脂フィルム12Aをラミネート接着し、更に、同図(d)に示すように、第2の部材である有機樹脂フィルム12A上にスパッタ法、CVD法、真空蒸着法などにより酸化シリコン膜やアルミニウムやニッケル等の金属膜等の有機樹脂フィルム12Aをエッチングするときに選択性を有する材料である第1の部材11Aを形成する。このとき、第1の部材11Aはエッチング選択性のある材料であれば何れでも用いることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, an
そして、同図(e)に示すように、ポジ型或いはネガ型の感光性レジスト15をスピンコート、ロールコート等の方法で第1の部材11Aに形成する。
Then, as shown in FIG. 5E, a positive or negative photosensitive resist 15 is formed on the
その後、図3(a)に示すように、通常のフォトリソによりノズル穴パターンをレジスト15にパターニングし、このレジストパターン15Aをマスクとして第1の部材11Aに穴部11aをエッチング加工する。このエッチング加工は、寸法精度を確保するために、RIE,ICP,NLD,ECR、ヘリコン等のプラズマ励起方式による反応性イオンを用いた異方性を有するドライエッチング法を用いることが好ましい。
Thereafter, as shown in FIG. 3A, the nozzle hole pattern is patterned on the resist 15 by ordinary photolithography, and the
次いで、同図(b)に示すように、上記レジストパターン15Aと第1の部材11Aに形成した穴部11aをマスクとして第2の部材12Aをエッチング加工して穴部12aを穿孔する。このときも、エッチング加工は、寸法精度を確保するために、RIE,ICP,NLD,ECR、ヘリコン等のプラズマ励起方式による反応性イオンを用いたドライエッチング法を用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 4B, the
このとき、第2の部材12Aに形成する穴部12aの第1の部材11Aとの界面側の直径d2が第1の部材11Aの穴部11aの直径d1によりも大きくなるように穿孔し、第1の部材11Aの穴部11aの中心と第2の部材12Aに形成した穴部12aの中心とが一致するように各々同心円状になるように形成する。通常のドライエッチングは反応性イオンの散乱等によってサイドエッチングが発生しマスク寸法よりも大きくなる寸法シフトが発生するのが通常であるので、ここでは、この条件をそのまま用いても良いし、あるいは、積極的にエッチング条件を調整し寸法シフトを大きくして、直径d1とd2の差を大きくするように制御してもよい。このように、必要に応じて適宜直径d1とd2の差を制御することができるので、ドライエッチングによる穿孔が特に好ましい。
At this time, the
次いで、同図(c)に示すように、第1の部材11Aの表面に液滴吐出特性をより安定させるためにオプツール(商品名)等のフッ素系撥水膜やシリコーン(商品名)等のメチル基を有する撥水材料等、吐出する液に対して撥水性を有する撥水層13を形成する。更に、同図(d)に示すように、別途作製した振動板4と圧電素子2及び支柱部3並びにフレーム支持体1を含むアクチュエータ部Aと上記工程までに作製したノズル板10付き流路部材8とをアライメント接着して本発明に係る液体吐出ヘッドを完成する。
Next, as shown in FIG. 6C, a fluorine-based water repellent film such as Optool (trade name) or silicone (trade name) or the like is used to stabilize the droplet discharge characteristics on the surface of the
このように、第1の部材をエッチングマスクにてエッチング穿孔する工程と、エッチングマスクと第1の部材をエッチングマスクとして第1の部材をエッチングにより穿孔して穴部を形成する工程を有することにより、一つの工程でノズル穴を穿孔することが可能となって、多数のノズルを有するライン型ヘッドのようなサイズが大きい長尺ヘッドのノズル板を容易に精度良く安価に製造することができる。 As described above, the method includes the steps of etching and drilling the first member with an etching mask, and forming the hole by punching the first member with the etching mask and the first member as an etching mask. The nozzle holes can be drilled in one step, and a nozzle plate of a long head having a large size such as a line type head having a large number of nozzles can be easily manufactured with high accuracy and at low cost.
この場合、第1の部材と第2の部材の穿孔方法はドライエッチング法を用いることによって、寸法精度の良いノズル穿孔加工が可能となるばかりでなく、必要に応じて適宜第1、第2の部材の穴部の直径差を制御することができる。 In this case, the first member and the second member are not only drilled with high dimensional accuracy by using the dry etching method, but the first and second members are appropriately formed as necessary. The diameter difference of the hole of the member can be controlled.
次に、具体的な第1実施例について図4を参照して説明する。なお、同図は同実施例の断面説明図である。
ここでは、ABS樹脂のフレーム301に固定されたPZTの圧電素子302と支柱部303とニッケルからなる振動板304で構成されたアクチュエータ部上に、厚さ200μmのSUS板に液室406と液室隔壁407を形成したSUS流路板308を設け、更に、厚さt1=0.2μmの酸化シリコン膜311が厚さt2=30μmのポリイミドフィルム312上に形成された積層ノズル板310をSUS流路板308上に設けている。
Next, a specific first embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the figure is sectional explanatory drawing of the Example.
Here, a
ここで、ノズル309を構成する、酸化シリコン膜311に形成した穴部311aの直径(ノズル穴直径)d1は26μmであり、ポリイミドフィルム312に形成した穴部312aの直径(ノズル穴直径)d2は27μmである。各々の穿孔はヘリコン波により励起された酸素プラズマによるドライエッチングで行い各々のノズル穴直径d1とd2を制御した。
Here, the diameter (nozzle hole diameter) d1 of the
このような、液体吐出ヘッドにおいて圧電素子302に駆動電圧パルスを印加して滴吐出特性の評価を行った。比較として積層ノズル板に形成された材料間でノズル直径が等しい従来の液体吐出ヘッドの液吐出特性と比較したところ、従来の液吐出ヘッドより噴射電圧が低下していることが確認できた。このことから圧力損失の少ない高効率の液吐出が可能であることが分かる。
In such a liquid ejection head, the droplet ejection characteristics were evaluated by applying a drive voltage pulse to the
次に、具体的な第2実施例について図5を参照して説明する。なお、同図は同実施例の断面説明図である。
ここでは、ABS樹脂のフレーム401に固定されたPZTの圧電素子402と支柱部403とニッケルからなる振動板404で構成されたアクチュエータ部上に、厚さ200μmのSUS板に液室406と液室隔壁407を形成したSUS流路板408を設けている。そして、厚さt1=0.2μmの酸化シリコン膜411が厚さt2=30μmのポリイミドフィルム412上に形成された積層ノズル板410をSUS流路板408上に設けている。
Next, a specific second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the figure is sectional explanatory drawing of the Example.
Here, a
このとき、ノズル409を構成する、酸化シリコン膜411に形成した穴部411aの直径(ノズル穴直径)d1は26μmであり、ポリイミドフィルム412に形成した穴部412aの直径(ノズル穴直径)d2は27μmである。各々の穿孔はヘリコン波により励起された酸素プラズマによるドライエッチングで行い各々のノズル穴直径d1とd2を制御した。
At this time, the diameter (nozzle hole diameter) d1 of the
さらに、ノズル板410を構成している酸化シリコン411上にはフッ素系撥水膜としてオプツール(商品名)413を500Å厚みで形成している。
Further, an optool (trade name) 413 is formed on the
この液体吐出ヘッドにおいて圧電素子402に駆動電圧パルスを印加し滴吐出特性の評価を行った。比較として積層ノズル板に形成された材料間でノズル直径が等しい従来の液体吐出ヘッドの滴吐出特性と比較したところ、噴射電圧が低下していることが確認できた。このことから圧力損失の少ない高効率の液吐出が可能であることが分かる。また、ノズル板410を構成している酸化シリコン411上にはフッ素系撥水膜が形成されていることにより、より安定した液滴の吐出が可能であることが分かる。
In this liquid ejection head, a driving voltage pulse was applied to the
次に、具体的な第3実施例について図6を参照して説明する。なお、同図は同実施例の断面説明図である。
ここでは、ABS樹脂のフレーム501に固定されたPZTの圧電素子502と支柱部503とニッケルからなる振動板504で構成されたアクチュエータ部上に、厚さ400μmのシリコンウエハに液室506と液室隔壁507を形成したシリコン流路板508を設けている。そして、厚さt1=0.5μmのAl膜511が厚さt2=50μmのPETフィルム512上に形成された積層ノズル板510をシリコン流路板508上に設けている。
Next, a specific third embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the figure is sectional explanatory drawing of the Example.
Here, a
このとき、ノズル509を構成する、Al膜511に形成した穴部511aの直径(ノズル穴直径)d1は26μmであり、PETフィルム512に形成した穴部512aの直径(ノズル穴直径)d2は30μmである。各々の穿孔はヘリコン波により励起された酸素プラズマによるドライエッチングで行い各々のノズル穴直径d1とd2を制御した。
At this time, the diameter (nozzle hole diameter) d1 of the
さらに、ノズル板510を構成しているAl膜511上にはメチル基系の撥水膜としてシリコーン(商品名)513を1μm厚みで形成している。
Further, on the
この液体吐出ヘッドにおいて圧電素子502に駆動電圧パルスを印加し滴吐出特性の評価を行った。比較として積層ノズル板に形成された材料間でノズル直径が等しい従来の液体吐出ヘッドの滴吐出特性と比較したところ、ノズル板510全体の流体抵抗が第1実施例、第2実施例よりも低下しているために噴射電圧が更に低下していることが確認できた。このことからより圧力損失の少ない高効率の液吐出が可能であることが分かる。
In this liquid ejection head, a driving voltage pulse was applied to the
次に、具体的な第4実施例について図7を参照して説明する。なお、同図は同実施例の断面説明図である。
ここでは、シリコン基板601上に電気熱変換素子602を設け、このシリコン基板601上には電気熱変換素子602が臨む感光性ポリイミド樹脂の1つであるPBO(ポリベンゾオキサゾール)をパターニングして液室506及び液室隔壁507を形成した流路板608を設けている。そして、厚さt1=0.5μmのAl膜611が厚さt2=20μmのポリイミドフィルム612上に形成された積層ノズル板610を流路板608上に設けている。
Next, a specific fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the figure is sectional explanatory drawing of the Example.
Here, an
このとき、ノズル609を構成する、Al膜611に形成した穴部611aの直径(ノズル穴直径)d1は20μmであり、ポリイミドフィルム612に形成した穴部612aの直径(ノズル穴直径)d2は24μmである。各々の穿孔はICPにより励起された酸素プラズマによるドライエッチングで行い各々のノズル穴直径d1とd2を制御した。
At this time, the diameter (nozzle hole diameter) d1 of the
さらに、ノズル板610を構成しているAl膜611上には、このAl膜611を電極としてNi−PTFEの撥水膜613を1μm厚みで形成している。
Further, a Ni-PTFE water-
この液体吐出ヘッドにおいては電気熱変換素子602に駆動電圧パルスを印加することで液室606内の液体に対して膜沸騰による吐出エネルギーが与えられてノズル609から液滴が吐出される。そこで、電気熱変換素子602に駆動電圧パルスを印加して滴吐出特性の評価を行った。比較として積層ノズル板に形成された材料間でノズル直径が等しい従来の液体吐出ヘッドの滴吐出特性と比較したところ、噴射電圧が低下していることが確認できた。このことから圧力損失の少ない高効率の液吐出が可能であることが分かる。
In this liquid discharge head, by applying a driving voltage pulse to the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた本発明に係る画像形成装置の一例について図8及び図9を参照して説明する。なお、図8は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図9は同装置の要部平面説明図である。 Next, an example of the image forming apparatus according to the present invention provided with the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8 is an explanatory side view for explaining the overall configuration of the image forming apparatus, and FIG. 9 is an explanatory plan view of a main part of the apparatus.
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド101とガイドレール102とでキャリッジ103を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ104で駆動プーリ106Aと従動プーリ106B間に架け渡したタイミングベルト105を介して図8で矢示方向(主走査方向)に移動走査する。
In this image forming apparatus, a
このキャリッジ103には、例えば、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の記録液の液滴(インク滴)を吐出する独立した4個の本発明に係る液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107yで構成した記録ヘッド107を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する1又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。
For example, four independent ink jet recording liquid droplets (ink droplets) of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) are recorded on the
記録ヘッド107を構成する液体吐出ヘッドとしては、加圧液室内のインクを加圧す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インク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて記録液の膜沸騰を利用するいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータなどを使用できる。
As the liquid ejection head constituting the
キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するための各色のサブタンク108を搭載している。このサブタンク108にはインク供給チューブ109を介して図示しないメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。
The
一方、給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上に積載した被記録媒体(用紙)112を給紙するための給紙部として、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙ローラ)113及び給紙ローラ113に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド114を備え、この分離パッド114は給紙ローラ113側に付勢されている。
On the other hand, as a sheet feeding unit for feeding a recording medium (sheet) 112 loaded on a sheet stacking unit (pressure plate) 111 such as a
そして、この給紙部から給紙された用紙112を記録ヘッド107の下方側で搬送するための搬送部として、用紙112を静電吸着して搬送するための搬送ベルト121と、給紙部からガイド115を介して送られる用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ122と、略鉛直上方に送られる用紙112を略90°方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるための搬送ガイド123と、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢された先端加圧コロ125とを備えている。また、搬送ベルト121表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ126を備えている。
As a transport unit for transporting the
ここで、搬送ベルト121は、無端状ベルトであり、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されて、副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転されることで、図9のベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。なお、搬送ベルト121の裏面側には記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129を配置している。
Here, the
また、図9に示すように、搬送ローラ127の軸には、スリット円板134を取り付け、このスリット円板134のスリットを検知するセンサ135を設けて、これらのスリット円板134及びセンサ135によってエンコーダ136を構成している。
As shown in FIG. 9, a
帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各2.5Nをかけている。
The charging
また、キャリッジ103の前方側には、図8に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール142を設け、キャリッジ103の前面側にはエンコーダスケール142のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ143を設け、これらによって、キャリッジ103の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ144を構成している。
Further, as shown in FIG. 8, an
さらに、記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙するための排紙部として、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とを備えている。
Further, as a paper discharge unit for discharging the
また、背部には両面給紙ユニット155が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット155は搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。
A double-sided
さらに、図9に示すように、キャリッジ103の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド107のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構156を配置している。
Further, as shown in FIG. 9, a maintenance /
この維持回復機156は、記録ヘッド107の各ノズル面をキャピングするための各キャップ157と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード158と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け159などを備えている。
The maintenance /
このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙112が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125で搬送ベルト121に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
In the image forming apparatus configured as described above, the
このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ126に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト121が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。
At this time, a positive voltage output and a negative output are alternately repeated from the high voltage power supply to the charging
そこで、キャリッジ103を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙112の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙112を排紙トレイ54に排紙する。
Therefore, by driving the
また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112を両面給紙ユニット155内に送り込み、用紙112を反転させて(裏面が印刷面となる状態にして)再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル121上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ154に排紙する
In the case of double-sided printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the
また、印字(記録)待機中にはキャリッジ103は維持回復機構155側に移動されて、キャップ157で記録ヘッド107のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ157で記録ヘッド107をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し(「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。)し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド107のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード158でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド107の安定した吐出性能を維持する。
Further, during printing (recording) standby, the
なお、上記各実施形態では本発明に係る画像形成装置としてプリンタ構成で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ/ファックス/コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。 In the above embodiments, the printer configuration has been described as the image forming apparatus according to the present invention. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to an image forming apparatus such as a printer / fax / copier multifunction machine. Further, the present invention can be applied to an image forming apparatus using a recording liquid or a fixing processing liquid that is a liquid other than ink.
1…フレーム
2…圧電素子
4…振動板
6…液室
8…流路部材
9…ノズル
10…ノズル板
11…第1の部材
12…第2の部材
13…撥水層
103…キャリッジ
107…記録ヘッド
DESCRIPTION OF
Claims (9)
9. An image forming apparatus comprising a liquid discharge head for discharging recording liquid droplets to form an image, wherein the liquid discharge head is the liquid discharge head according to claim 8.
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