JP2008260237A - Liquid droplet ejection head and liquid droplet ejector and their ejection control method - Google Patents

Liquid droplet ejection head and liquid droplet ejector and their ejection control method Download PDF

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朗 佐野
Junichiro Shinozaki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a liquid droplet ejection head having a structure for performing ejection control in various mode. <P>SOLUTION: The liquid droplet ejection head comprises a nozzle 31 for ejecting a liquid in the form of a droplet, an ejection chamber 21 equipped, in series, with oscillating boards (upstream side oscillating board 22A, downstream side oscillating board 22B) for pressurizing the liquid by displacement and provided on a liquid channel communicating with the nozzle 31, and fixed electrodes 12A and 12B opposing respective oscillating boards of the ejection chamber 21 and displacing respective oscillating boards at independent timing by generating electrostatic force between them. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置等に関するものである。   The present invention relates to a droplet discharge head, a droplet discharge apparatus having the droplet discharge head, and the like.

例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録(印刷)装置で用いられている液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。   For example, micro electro mechanical systems (MEMS) that process silicon or the like to form minute elements or the like have made rapid progress. Examples of microfabricated elements formed by microfabrication technology include, for example, a droplet discharge head (inkjet head), a micropump, and an optical variable filter used in a recording (printing) apparatus such as a droplet discharge type printer. There are electrostatic actuators such as motors, pressure sensors and the like.

液滴吐出方式(代表的なものとして、インクを吐出して印刷等を行うために用いるインクジェットがある)は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷(プリント)等に利用されている。液滴吐出方式は、微細加工素子である例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを、対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液体を吐出するものである。近年では、液晶(Liquid Crystal)を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機電界発光(Organic ElectroLuminescence )素子を用いた表示基板(OLED)、DNA等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。   The droplet discharge method (typically, there is an inkjet used for printing by discharging ink) is used for printing (printing) in all fields regardless of household use or industrial use. Yes. In the droplet discharge method, for example, a droplet discharge head having a plurality of nozzles, which are microfabricated elements, is moved relative to an object and the liquid is discharged to a predetermined position of the object. In recent years, it has also been used to manufacture color filters for manufacturing display devices using liquid crystals, display substrates (OLEDs) using organic electroluminescence (Organic ElectroLuminescence) elements, DNA, bioarray microarrays, etc. It's being used.

液滴吐出方式を実現する吐出ヘッドとして、流路上の吐出液体を溜めておく吐出室の少なくとも一面の壁(例えば底壁とする。この壁は他の壁と一体形成されているが、以下、この壁のことを振動板ということにする)が撓んで形状が変化するようにしておき、振動板を撓ませて吐出室内の圧力を高め、吐出室と連通するノズルから液滴を吐出させるものがある。   As a discharge head for realizing the droplet discharge method, at least one wall of a discharge chamber for storing discharge liquid on the flow path (for example, a bottom wall. This wall is integrally formed with other walls. This wall is referred to as a diaphragm), and the shape is changed by bending, and the diaphragm is bent to increase the pressure in the discharge chamber, and the liquid droplets are discharged from the nozzle communicating with the discharge chamber. There is.

静電方式による液滴吐出ヘッドの場合には、可動電極である振動板と、振動板と対向する固定電極である個別電極との間に静電力を発生させ、振動板を個別電極に引きつける。その後、静電力を弱める又は発生を停止させると、振動板が元に戻って平衡状態になろうとする復元力(弾性力)の方が働くため、振動板が元の位置に変位する。これらを繰り返すことで振動板を駆動させ、液滴を吐出する(例えば特許文献1参照)。   In the case of an electrostatic droplet discharge head, an electrostatic force is generated between a diaphragm that is a movable electrode and an individual electrode that is a fixed electrode facing the diaphragm, and the diaphragm is attracted to the individual electrode. After that, when the electrostatic force is weakened or the generation is stopped, the restoring force (elastic force) that returns the diaphragm to the original state to be in an equilibrium state works, so that the diaphragm is displaced to the original position. By repeating these steps, the diaphragm is driven and droplets are ejected (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−007735号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-007735

上記のように、液滴吐出ヘッドでは、振動板がそれぞれ振動しているが、基本的に各個別電極に電荷を供給する又はしないことによる、二者選択的な駆動可否の制御しかできないものが多い。しかしながら、液滴吐出ヘッドでは、印刷の高画質化、高速化を図るため、さまざまな制御ができた方が都合がよい。着弾場所当たりの液滴吐出量(以下、吐出量という)を変更できたり、安定した吐出が行えたりできるように、各ノズルに対応する静電アクチュエータを制御したいという要求が高い。   As described above, in the liquid droplet ejection head, the vibration plates vibrate, but basically, only two-way selective driving control can be performed by supplying or not supplying electric charges to each individual electrode. Many. However, it is more convenient for the droplet discharge head to be able to perform various controls in order to improve the printing quality and speed. There is a high demand for controlling the electrostatic actuator corresponding to each nozzle so that the droplet discharge amount per landing place (hereinafter referred to as discharge amount) can be changed or stable discharge can be performed.

そこで、例えば、吐出室内の液体を小さく振動させておき、振動に共振させて液体を加圧して液滴を吐出する方法がある。ただ、液滴吐出ヘッドの製造のバラツキによって小さい振動の周期が異なる可能性があり、各ヘッドにおいて共振が起こるような、駆動波形(印加電圧)設定を行うのが困難である。また、個別電極を階段状に形成し、各段に合わせて振動板が変位するように制御し、変位に基づいて吐出量を変化させる方法もある。ただ、各段差が小さいと吐出量の変化も小さくなる。しかしながら、個別電極と振動板との距離を広げると静電力が弱まる又は消費電力が高くなるため、吐出量の変化の幅を広くするのは困難である。   Thus, for example, there is a method in which the liquid in the discharge chamber is vibrated small, and the liquid is pressurized by resonating with the vibration to discharge the liquid droplets. However, there is a possibility that the period of small vibrations varies depending on the manufacturing variations of the droplet discharge heads, and it is difficult to set the drive waveform (applied voltage) so that resonance occurs in each head. There is also a method in which individual electrodes are formed in a step shape, and the diaphragm is controlled to be displaced in accordance with each step, and the discharge amount is changed based on the displacement. However, when each step is small, the change in the discharge amount is also small. However, if the distance between the individual electrode and the diaphragm is increased, the electrostatic force is weakened or the power consumption is increased, so that it is difficult to widen the range of change in the discharge amount.

そこで、以上のことを考慮し、さまざまな態様の吐出制御を行うことができる構造の液滴吐出ヘッド等を得ることを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to obtain a droplet discharge head having a structure capable of performing discharge control in various modes.

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、
ノズルと、変位して液体を加圧する複数の振動板を直列に備え、ノズルに連通する液体の流路上に設けられる吐出室と、吐出室の振動板と対向し、各振動板との間に静電気力を発生させて各振動板を変位させる固定電極とを備える。
本発明によれば、ノズルに対する流路上に、複数の振動板を有する吐出室を配し、各振動場との間で静電気力を発生させる固定電極により振動板を変位させ、液体を加圧して吐出するようにしたので、例えば複数の振動板の制御を工夫することで、一回の吐出で複数種の吐出量を使い分けることができる。
The droplet discharge head according to the present invention is
A nozzle and a plurality of diaphragms that displace and pressurize the liquid are provided in series, and a discharge chamber provided on a liquid flow path communicating with the nozzle is opposed to the diaphragm of the discharge chamber, and between each diaphragm. A stationary electrode that generates electrostatic force to displace each diaphragm.
According to the present invention, a discharge chamber having a plurality of vibration plates is arranged on the flow path with respect to the nozzle, the vibration plates are displaced by the fixed electrodes that generate electrostatic force between the vibration fields, and the liquid is pressurized. Since ejection is performed, for example, by devising control of a plurality of diaphragms, a plurality of types of ejection amounts can be properly used in a single ejection.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドでは、固定電極は複数で構成され、それぞれ独立して配線されて各振動板と対向する。
本発明によれば、各振動板を変位させるタイミングを異ならせることで、吐出量を大きく変化させることができる。
In the liquid droplet ejection head according to the present invention, the fixed electrode includes a plurality of electrodes, which are wired independently and face each diaphragm.
According to the present invention, it is possible to greatly change the discharge amount by changing the timing of displacing each diaphragm.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数の固定電極が分けられて設けられた2つの基板が、複数の吐出室を有する基板の両面に接合されている。
本発明によれば、複数の固定電極を2つの基板に分けて設けるようにしたので、1つの基板に固定電極を配する場合に比べて、固定電極数及び配線数を減らすことができるため、複数の振動板により、吐出量を変化させることができる上、液滴吐出ヘッドの小型化を図ることができる。
In the droplet discharge head according to the present invention, two substrates provided with a plurality of fixed electrodes are bonded to both surfaces of a substrate having a plurality of discharge chambers.
According to the present invention, since the plurality of fixed electrodes are provided separately on the two substrates, the number of fixed electrodes and the number of wirings can be reduced compared to the case where the fixed electrodes are arranged on one substrate. A plurality of diaphragms can change the discharge amount, and the droplet discharge head can be downsized.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルをヘッド端面に設ける。
本発明によれば、ノズルをヘッド端面に設けるようにしたので、上述のように、液滴吐出ヘッドの両面に固定電極を有する基板が設けられても、端面から液滴を吐出させることができる。製造上においても、固定電極を有する基板にノズルを設けるようにするよりも製造が容易となる。
In the droplet discharge head according to the present invention, the nozzle is provided on the end surface of the head.
According to the present invention, since the nozzle is provided on the end surface of the head, as described above, even if the substrate having the fixed electrodes is provided on both surfaces of the droplet discharge head, the droplet can be discharged from the end surface. . Also in manufacturing, manufacturing is easier than providing a nozzle on a substrate having a fixed electrode.

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドを搭載しているので、吐出量を制御することができ、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質化を図ることができる。
A droplet discharge device according to the present invention is equipped with the above-described droplet discharge head.
According to the present invention, since the above-described droplet discharge head is mounted, the discharge amount can be controlled. For example, in the case of applications such as image printing, high image quality can be achieved.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、ノズルに連通する流路上の吐出室に直列に並んで設けられ、変位して前記液体を加圧する2つの振動板と、各振動板との間で生じさせた電位差に基づく静電気力を発生させる2つの固定電極とを備え、振動板を変位させて液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、2つの振動板のうち、ノズルに近い方の下流側振動板と下流側固定電極との間に静電気力を発生させ、液滴吐出のための圧力を液体に加える工程と、液滴としてノズルから吐出しようとする液体の後端部分を流路内に引き込ませるためにもう一方の振動板である上流側振動板と上流側固定電極との間に静電気力を発生させ、上流側振動板を上流側固定電極側に引き寄せる工程とを有する。
本発明によれば、上流側振動板により、ノズルから吐出しようとする液体の後端部分を流路内に引き込ませるようにしたので、通常よりも吐出量を減らして液滴を吐出する制御を行うことができる。
In addition, the droplet discharge head discharge control method according to the present invention includes two diaphragms that are arranged in series in a discharge chamber on a flow path communicating with a nozzle, pressurize the liquid by being displaced, and each diaphragm In a discharge control method of a droplet discharge head, which includes two fixed electrodes that generate an electrostatic force based on a potential difference generated between the two and a displacement plate, and pressurizes the liquid by displacing the vibration plate. The process of generating an electrostatic force between the downstream diaphragm closer to the nozzle and the downstream fixed electrode to apply a pressure for discharging the liquid to the liquid, and after the liquid to be discharged from the nozzle as a liquid droplet A process of generating electrostatic force between the upstream diaphragm, which is the other diaphragm, and the upstream fixed electrode to draw the end portion into the flow path, and pulling the upstream diaphragm toward the upstream fixed electrode And have.
According to the present invention, since the rear end portion of the liquid to be discharged from the nozzle is drawn into the flow path by the upstream vibration plate, the control is performed to discharge the liquid droplet by reducing the discharge amount than usual. It can be carried out.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、ノズルに連通する流路上の吐出室に直列に並んで設けられ、変位して前記液体を加圧する2つの振動板と、各振動板との間で生じさせた電位差に基づく静電気力を発生させる2つの固定電極とを備え、振動板を変位させて液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、2つの振動板のうち、ノズルから遠い方の上流側振動板を上流側固定電極側に引き寄せて待機する工程と、もう一方の振動板である下流側振動板と下流側固定電極との間に静電気力を発生させて下流側固定電極側に引き寄せ、下流側振動板と上流側振動板とにより液滴吐出のための圧力を液体に加える工程とを有する。
本発明によれば、上流側振動板を上流側固定電極側に引き寄せて待機した後、下流側振動板と上流側振動板とにより液滴吐出のための圧力を液体に加えるようにしたので、上流側振動板の加圧により、下流側振動板による加圧がノズルの方向と反対方向に向かう力を抑え、ノズル方向に向かう力を増やすことができ、通常よりも吐出量を増やして液滴を吐出する制御を行うことができる。
In addition, the droplet discharge head discharge control method according to the present invention includes two diaphragms that are arranged in series in a discharge chamber on a flow path communicating with a nozzle, pressurize the liquid by being displaced, and each diaphragm In a discharge control method of a droplet discharge head, which includes two fixed electrodes that generate an electrostatic force based on a potential difference generated between the two and a displacement plate, and pressurizes the liquid by displacing the vibration plate. Pull the upstream diaphragm farther away from the nozzle toward the upstream fixed electrode and wait, and generate an electrostatic force between the downstream diaphragm, which is the other diaphragm, and the downstream fixed electrode. A step of attracting the liquid to the side fixed electrode side and applying a pressure for droplet discharge to the liquid by the downstream diaphragm and the upstream diaphragm.
According to the present invention, after the upstream diaphragm is drawn to the upstream fixed electrode side and stands by, the pressure for droplet discharge is applied to the liquid by the downstream diaphragm and the upstream diaphragm. By pressurizing the upstream diaphragm, the pressure applied by the downstream diaphragm can suppress the force in the direction opposite to the nozzle direction and increase the force in the nozzle direction. Can be controlled.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、ノズルに連通する流路上の吐出室に直列に並んで設けられ、変位して前記液体を加圧する2つの振動板と、各振動板との間で生じさせた電位差に基づく静電気力を発生させる2つの固定電極とを備え、振動板を変位させて液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、2つの振動板のうち、ノズルに近い方の下流側振動板と下流側固定電極との間に静電気力を発生させ、液滴吐出のための圧力を液体に加える工程と、ノズルから液滴を吐出させた後に、もう一方の振動板である上流側振動板と上流側固定電極との間に静電気力を発生させ、流路内の液体の固有振動を打ち消すような振動を上流側振動板に発生させる工程とを有する。
本発明によれば、固有振動を打ち消すような振動を上流側振動板に発生させて液滴吐出後の残留振動を抑制するようにしたので、流路内の液体及び振動板をすぐに安定させることができ、1回の吐出当たりの時間を短くすることができるため、高速化を図ることができる。特に上流側振動板は変位しておらず、下流側振動板のようにオーバーシュートしていないため、上流側振動板には残留振動抑制に必要な静電気力を吐出直後に発生させることができる。
In addition, the droplet discharge head discharge control method according to the present invention includes two diaphragms that are arranged in series in a discharge chamber on a flow path communicating with a nozzle, pressurize the liquid by being displaced, and each diaphragm In a discharge control method of a droplet discharge head, which includes two fixed electrodes that generate an electrostatic force based on a potential difference generated between the two and a displacement plate, and pressurizes the liquid by displacing the vibration plate. The process of generating an electrostatic force between the downstream diaphragm closer to the nozzle and the downstream fixed electrode to apply a pressure for droplet discharge to the liquid, and after discharging the droplet from the nozzle, the other Generating an electrostatic force between the upstream diaphragm and the upstream fixed electrode, and causing the upstream diaphragm to generate a vibration that cancels out the natural vibration of the liquid in the flow path.
According to the present invention, a vibration that cancels the natural vibration is generated in the upstream diaphragm so as to suppress the residual vibration after the liquid droplet is discharged, so that the liquid and the diaphragm in the flow path are immediately stabilized. Since the time per discharge can be shortened, the speed can be increased. In particular, since the upstream diaphragm is not displaced and does not overshoot like the downstream diaphragm, the upstream diaphragm can generate an electrostatic force necessary for suppressing residual vibration immediately after ejection.

また、本発明に係る液滴吐出装置の吐出制御方法は、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用して液滴吐出装置の吐出を制御する。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用したので、吐出量の制御等により、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質化を図ることができる。また、特に1カ所当たりに費やす時間を少なくすることができるため、印刷等の処理の高速化を図ることができる。また、特に吐出間隔を短くすることができるため、印刷等の処理の高速化を図ることができる。
In addition, the discharge control method of the droplet discharge device according to the present invention controls the discharge of the droplet discharge device by applying the discharge control method of the droplet discharge head described above.
According to the present invention, since the discharge control method of the droplet discharge head is applied, the image quality can be improved by controlling the discharge amount, for example, for applications such as image printing. In particular, since the time spent per place can be reduced, the processing such as printing can be speeded up. In particular, since the discharge interval can be shortened, the speed of processing such as printing can be increased.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図1では液滴吐出ヘッドの一部を示している。本実施の形態では、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出ヘッドは、例えば液滴を吐出して画像を形成する等の目的のために、複数の静電アクチュエータが集約されたデバイスである。なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an exploded view of a droplet discharge head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a part of the droplet discharge head. In the present embodiment, a face eject type droplet discharge head will be described. The droplet discharge head is a device in which a plurality of electrostatic actuators are integrated for the purpose of forming an image by discharging droplets, for example. In addition, in order to illustrate the constituent members and make it easy to see, the relationship between the sizes of the constituent members in the following drawings including FIG. 1 may be different from the actual one. Further, description will be made with the upper side of the figure as the upper side and the lower side as the lower side.

図1に示すように、本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板10、キャビティ基板20及びノズル基板30の3つの基板が下から順に積層されて構成される。ここで本実施の形態では、電極基板10とキャビティ基板20とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板20とノズル基板30とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。   As shown in FIG. 1, the droplet discharge head according to the present embodiment is configured by stacking three substrates, an electrode substrate 10, a cavity substrate 20, and a nozzle substrate 30, in order from the bottom. Here, in the present embodiment, the electrode substrate 10 and the cavity substrate 20 are bonded by anodic bonding. The cavity substrate 20 and the nozzle substrate 30 are bonded using an adhesive such as an epoxy resin.

電極基板10は、厚さ約1mmの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板10の表面には、例えば深さ約0.3μmを有する複数の凹部11が形成されている。そして、凹部11の内側(特に底部)に、キャビティ基板20の上流側振動板22A、下流側振動板22Bと対向するように、2つの個別電極(固定電極)が設けられている。ここで、液体の流れに対して上流側(リザーバ24に近い方)の個別電極を上流側個別電極12Aとする。上流側個別電極12Aには、上流側リード部13A及び上流側端子部14Aが一体となって設けられている(以下、特に区別する必要がない限り、これらを合わせて上流側個別電極12Aとして説明する)。また、液体の流れに対して下流側となるノズル31に近い方の個別電極を下流側個別電極12Bとする。下流側個別電極12Bには、下流側リード部13B及び下流側端子部14Bが一体となって設けられている(以下、特に区別する必要がない限り、これらを合わせて下流側個別電極12Bとして説明する。また、上流側個別電極12Aと下流側個別電極12Bとを区別する必要がなければ、これらを合わせて個別電極12として説明する)。そして、上流側振動板22A(下流側振動板22B)と上流側個別電極12A(下流側個別電極12B)との間には、上流側振動板22A、下流側振動板22Bが撓む(変位する)ことができる一定のギャップ(空隙)が凹部11により形成されている。上流側個別電極12A及び下流側個別電極12Bは、例えばスパッタ法により、ITOを0.1μmの厚さで凹部11の内側に成膜することで形成される。また、電極基板10には、外部のタンク(図示せず)から供給された液体を取り入れる流路となる液体供給口15となる貫通穴が設けられている。   The electrode substrate 10 is mainly made of a substrate such as a borosilicate heat-resistant hard glass having a thickness of about 1 mm. In the present embodiment, the glass substrate is used, but single crystal silicon may be used as the substrate, for example. A plurality of recesses 11 having a depth of, for example, about 0.3 μm are formed on the surface of the electrode substrate 10. Two individual electrodes (fixed electrodes) are provided inside the recess 11 (particularly at the bottom) so as to face the upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B of the cavity substrate 20. Here, the individual electrode on the upstream side (closer to the reservoir 24) with respect to the liquid flow is referred to as an upstream individual electrode 12A. The upstream individual electrode 12A is integrally provided with an upstream lead portion 13A and an upstream terminal portion 14A (hereinafter referred to as the upstream individual electrode 12A unless otherwise distinguished. To do). Further, the individual electrode closer to the nozzle 31 on the downstream side with respect to the flow of the liquid is defined as the downstream individual electrode 12B. The downstream individual electrode 12B is integrally provided with a downstream lead portion 13B and a downstream terminal portion 14B (hereinafter referred to as the downstream individual electrode 12B together unless otherwise distinguished). Moreover, if it is not necessary to distinguish the upstream individual electrode 12A and the downstream individual electrode 12B, these will be described together as the individual electrode 12). The upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B bend (displace) between the upstream diaphragm 22A (downstream diaphragm 22B) and the upstream individual electrode 12A (downstream individual electrode 12B). A certain gap (air gap) is formed by the recess 11. The upstream individual electrode 12A and the downstream individual electrode 12B are formed by depositing ITO with a thickness of 0.1 μm inside the recess 11 by, for example, sputtering. In addition, the electrode substrate 10 is provided with a through hole serving as a liquid supply port 15 serving as a flow path for taking in liquid supplied from an external tank (not shown).

キャビティ基板20は、例えば表面が(110)面方位のシリコン単結晶基板(以下、シリコン基板という)を主要な材料としている。キャビティ基板20には、吐出させる液体を一時的にためる吐出室21となる凹部(底壁が可動電極となる上流側振動板22A、下流側振動板22Bとなっている)及びリザーバ24となる凹部が形成されている(上流側振動板22Aと下流側振動板22Bとを区別する必要がなければ、これらを合わせて振動板22として説明する)。ここで、本実施の形態における振動板22の寸法については、例えば、幅(短手方向の長さ)が約100μm、長さが約1.5mm、厚さが2μmとする。ただし、これに限定するものではない。   The cavity substrate 20 is mainly made of, for example, a silicon single crystal substrate (hereinafter referred to as a silicon substrate) whose surface is (110) plane orientation. The cavity substrate 20 includes a recess that serves as a discharge chamber 21 for temporarily storing a liquid to be discharged (the bottom wall is an upstream diaphragm 22A and a downstream diaphragm 22B that serve as movable electrodes) and a recess that serves as a reservoir 24. (If there is no need to distinguish between the upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B, these will be described together as the diaphragm 22). Here, as for the dimensions of the diaphragm 22 in the present embodiment, for example, the width (length in the short direction) is about 100 μm, the length is about 1.5 mm, and the thickness is 2 μm. However, the present invention is not limited to this.

さらに、キャビティ基板20の下面(電極基板10と対向する面)には、個別電極12との間を電気的に絶縁等するため、TEOS膜(ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane:テトラエチルオルソシリケート(珪酸エチル)を原料ガスとして用いてできるSiO2 膜をいう)による絶縁膜23を0.1μm(100nm)成膜している。ここでは絶縁膜23をTEOS膜で成膜しているが、例えばAl23(酸化アルミニウム(アルミナ))等を用いてもよい。また、各吐出室21に液体を供給するリザーバ(共通液室)24となる凹部が形成されている。さらに、外部の電力供給手段(図示せず)からキャビティ基板20(振動板22)に電荷を供給する際の端子となる共通電極端子27を備えている。 Further, a TEOS film (here, Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane: tetraethylorthosilicate (ethyl silicate) is used on the lower surface of the cavity substrate 20 (surface facing the electrode substrate 10) to electrically insulate the individual electrodes 12 from each other. ) and refers to the SiO 2 film that can be used as a raw material gas) is an insulating film 23 was 0.1 [mu] m (100 nm) deposited by. Here, the insulating film 23 is formed of a TEOS film, but Al 2 O 3 (aluminum oxide (alumina)) or the like may be used, for example. In addition, a recess is formed which becomes a reservoir (common liquid chamber) 24 for supplying a liquid to each discharge chamber 21. Furthermore, a common electrode terminal 27 is provided as a terminal for supplying electric charges from an external power supply means (not shown) to the cavity substrate 20 (the diaphragm 22).

ノズル基板30についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板30には、複数のノズル31が形成されている。各ノズル31は、振動板22の変位により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。本実施の形態では、吐出した液滴の直進性向上を図るため、ノズル31の孔を複数段で形成する。また、振動板22が撓むことでリザーバ24方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム32がさらに設けられている。また、吐出室21とリザーバ24とを連通させるための溝となるオリフィス33が設けられている。   The nozzle substrate 30 is also mainly made of a silicon substrate, for example. A plurality of nozzles 31 are formed on the nozzle substrate 30. Each nozzle 31 discharges the liquid pressurized by the displacement of the diaphragm 22 to the outside as a droplet. In the present embodiment, the holes of the nozzle 31 are formed in a plurality of stages in order to improve the straightness of the discharged droplets. Further, a diaphragm 32 is further provided for buffering the pressure applied in the direction of the reservoir 24 as the diaphragm 22 is bent. Further, an orifice 33 serving as a groove for communicating the discharge chamber 21 and the reservoir 24 is provided.

図2は液滴吐出ヘッドの断面図である。図2において、吐出室21はノズル31から吐出させる液体をためておく。吐出室21の底壁である振動板22を撓ませることにより、吐出室21内の圧力を高め、ノズル31から液滴を吐出させる。本実施の形態では、各ノズル31に連通する流路上に設けた吐出室21に2つの振動板22(上流側振動板22A、下流側振動板22B)を構成し、2つの振動板の変位(当接、離脱)のタイミング制御を行うことにより、ノズル31から吐出する液滴の吐出量を変化させる。ここで、異物、水分(水蒸気)等がギャップに入り込まないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために電極取り出し口26に封止材25が設けられている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the droplet discharge head. In FIG. 2, the discharge chamber 21 stores liquid to be discharged from the nozzle 31. By bending the diaphragm 22 which is the bottom wall of the discharge chamber 21, the pressure in the discharge chamber 21 is increased, and droplets are discharged from the nozzle 31. In the present embodiment, two diaphragms 22 (upstream diaphragm 22A and downstream diaphragm 22B) are formed in the discharge chamber 21 provided on the flow path communicating with each nozzle 31, and the displacement of the two diaphragms ( By controlling the timing of contact and separation, the amount of droplets discharged from the nozzle 31 is changed. Here, a sealing material 25 is provided at the electrode outlet 26 in order to block and seal the gap from the outside air so that foreign matter, moisture (water vapor) and the like do not enter the gap.

図3は駆動制御回路40を中心とする構成を表す図である。図3に基づいて、振動板22の当接、離脱の制御を行い、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるための制御を行う手段等について説明する。駆動制御回路40はCPU42aを中心に構成されたヘッド制御部41を備えている。ヘッド制御部41のCPU42aには、例えばコンピュータ等の外部装置50からバス51を介し、印刷用データ等を含む信号が送信される。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration centering on the drive control circuit 40. Based on FIG. 3, a description will be given of a means for performing control for ejecting droplets from the droplet ejection head by controlling contact and separation of the diaphragm 22. The drive control circuit 40 includes a head control unit 41 configured around a CPU 42a. For example, a signal including print data is transmitted from the external device 50 such as a computer to the CPU 42a of the head controller 41 via the bus 51.

また、ヘッド制御部41はROM43a、RAM43b及びキャラクタジェネレータ43cを有しており、内部バス42bを介してCPU42aと接続されている。CPU42aは、ROM43a内に格納されている制御プログラムに基づいて処理を実行し、印刷用データに対応した吐出制御信号を生成する。その際、RAM43b内の記憶領域を作業領域として用い、また、文字等を印刷する等の場合、キャラクタジェネレータ43cに記憶されたキャラクタデータ等に基づく処理を行う。CPU42aが生成した吐出制御信号は、内部バス42bを介して論理ゲートアレイ45に送信される。論理ゲートアレイ45は、吐出制御信号に基づいて、後述するように、個別電極12に対する電荷供給に関する信号を生成する。また、COM発生回路46aからは、後述するようにキャビティ基板20(振動板22)に対する電荷供給に関する信号を生成する。駆動パルス発生回路46bは同期のための信号を生成する。これらの信号は、コネクタ47を経由して、ドライバIC48に送信される。   The head controller 41 includes a ROM 43a, a RAM 43b, and a character generator 43c, and is connected to the CPU 42a via an internal bus 42b. The CPU 42a executes processing based on a control program stored in the ROM 43a, and generates an ejection control signal corresponding to the printing data. At that time, the storage area in the RAM 43b is used as a work area, and when printing characters or the like, processing based on character data stored in the character generator 43c is performed. The ejection control signal generated by the CPU 42a is transmitted to the logic gate array 45 via the internal bus 42b. Based on the ejection control signal, the logic gate array 45 generates a signal related to charge supply to the individual electrode 12 as described later. Further, a signal relating to charge supply to the cavity substrate 20 (the diaphragm 22) is generated from the COM generation circuit 46a as described later. The drive pulse generation circuit 46b generates a signal for synchronization. These signals are transmitted to the driver IC 48 via the connector 47.

そして、ドライバIC48は、直接又はFPC(Flexible Print Circuit)、ワイヤ等の配線49を介して電気的に上流側端子部14A、下流側端子部14B、共通電極端子27と接続される。ドライバIC48の端子数が液滴吐出ヘッドのノズル31の数に足りなければ、複数のドライバIC48で構成されている場合もある。ドライバIC48は、電源回路52から電力の供給を受け(電圧が印加され)、前述した各種信号に基づいて、キャビティ基板20(振動板22)及び個別電極12への電荷供給に関し、開始(充電)、保持及び放電を実際に行う手段である。電荷供給、保持、放電を繰り返すことにより、例えば、キャビティ基板20側に電荷が供給される一方で、個別電極12側に供給されていない状態をつくることにより電位差を生じさせている。   The driver IC 48 is electrically connected to the upstream terminal portion 14 </ b> A, the downstream terminal portion 14 </ b> B, and the common electrode terminal 27 directly or via a wiring 49 such as an FPC (Flexible Print Circuit) or a wire. If the number of terminals of the driver IC 48 is not enough for the number of nozzles 31 of the droplet discharge head, the driver IC 48 may be composed of a plurality of driver ICs 48. The driver IC 48 receives supply of power from the power supply circuit 52 (voltage is applied), and starts (charges) the charge supply to the cavity substrate 20 (the diaphragm 22) and the individual electrodes 12 based on the various signals described above. , Means for actually holding and discharging. By repeating charge supply, holding, and discharge, for example, a potential difference is generated by creating a state in which charge is supplied to the cavity substrate 20 side but not supplied to the individual electrode 12 side.

電圧印加により振動板22と個別電極12との間に静電力が発生し、振動板22は個別電極12側に引き寄せられて撓み、当接する。このため吐出室21の容積は広がる。静電力の発生を停止したときに振動板22が元に戻ろうとして個別電極12から離脱するが、このときの復元力による圧力(以下、復元圧力という)が液体に加わり、ノズル31から液体を押し出して液滴が吐出される。吐出された液滴は、最初は、柱状を成して液滴吐出ヘッド(ノズル31)とつながっており、その後、液体の表面張力等で球状になって液滴吐出ヘッドから分離していく。この液滴が例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって印刷等の記録が行われる。このとき、電圧印加のタイミング等をそれぞれ制御することにより、上流側振動板22A、下流側振動板22Bによる当接、離脱のタイミング等をそれぞれ変化させることで吐出量変化等を行うことができる。また、ここでは、静電力の発生を停止して振動板22を離脱させているが、例えば、静電力の発生を完全に停止させずに静電力の調整を行うようにしてもよい。静電力を調整し、振動板22が離脱していく速度を調整することで、振動板22の液体への加圧を制御することができる。   An electrostatic force is generated between the diaphragm 22 and the individual electrode 12 by applying a voltage, and the diaphragm 22 is drawn toward the individual electrode 12 to bend and contact. For this reason, the volume of the discharge chamber 21 increases. When the generation of the electrostatic force is stopped, the diaphragm 22 is released from the individual electrode 12 in order to return to the original state. However, pressure due to the restoring force at this time (hereinafter referred to as restoring pressure) is applied to the liquid, and the liquid is discharged from the nozzle 31. The liquid droplets are ejected by extrusion. The ejected liquid droplets are initially formed in a columnar shape and connected to the liquid droplet ejection head (nozzle 31), and then become spherical due to the surface tension of the liquid and are separated from the liquid droplet ejection head. Recording such as printing is performed when the droplets land on a recording sheet to be recorded, for example. At this time, the discharge amount can be changed by changing the timing of contact and separation by the upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B by controlling the timing of voltage application, respectively. Here, the generation of the electrostatic force is stopped and the diaphragm 22 is detached. However, for example, the electrostatic force may be adjusted without completely stopping the generation of the electrostatic force. By adjusting the electrostatic force and adjusting the speed at which the diaphragm 22 is detached, pressurization of the diaphragm 22 to the liquid can be controlled.

次に駆動制御回路40が行うノズル31から吐出する吐出量の制御例について説明する。本実施の形態では、ノズル31からの吐出量に応じて、次に示すモード1〜5の制御を行って、液滴吐出制御を行うものとする。ここでは、5つのモードに関する制御について説明するが、この数に限定するものではない。また、上流側振動板22A、下流側振動板22Bの当接、離脱のタイミングについても、各モードにおけるものに限定するものではなく、別のタイミング設定を行うことができる。   Next, a control example of the discharge amount discharged from the nozzle 31 performed by the drive control circuit 40 will be described. In the present embodiment, it is assumed that the following modes 1 to 5 are controlled according to the discharge amount from the nozzle 31 to perform the droplet discharge control. Here, although the control regarding five modes is demonstrated, it does not limit to this number. Further, the timing of contact and separation between the upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B is not limited to that in each mode, and another timing setting can be performed.

モード1
下流側個別電極12Bと下流側振動板22Bとの間に静電力を発生させ、下流側振動板22Bを下流側個別電極12Bに当接させる。そして、下流側振動板22Bを下流側個別電極12Bから離脱させて液体を加圧し、ノズル31から液滴を吐出する。前述したように、吐出された液滴は最初は柱状を成し、液滴吐出ヘッドとつながっている。そこで、液体が液滴吐出ヘッドから分離する前に、上流側個別電極12Aと上流側振動板22Aとの間に静電力を発生させ、上流側振動板22Aを上流側個別電極12Aに当接させる。復元圧力により加圧された柱状の液体の先端側は加圧の勢いを保ってヘッドから離れていくが、後端側は吐出室21B(ノズル31)に引き込まれる。このようにして、液滴後端を強制的に分離させることで、通常の吐出の場合より吐出量(液滴の大きさ)を減らすように制御することができる。
Mode 1
An electrostatic force is generated between the downstream-side individual electrode 12B and the downstream-side diaphragm 22B, and the downstream-side diaphragm 22B is brought into contact with the downstream-side individual electrode 12B. Then, the downstream diaphragm 22B is detached from the downstream individual electrode 12B to pressurize the liquid, and droplets are ejected from the nozzle 31. As described above, the discharged droplets initially form a columnar shape and are connected to the droplet discharge head. Therefore, before the liquid is separated from the droplet discharge head, an electrostatic force is generated between the upstream individual electrode 12A and the upstream diaphragm 22A, and the upstream diaphragm 22A is brought into contact with the upstream individual electrode 12A. . The front end side of the columnar liquid pressurized by the restoring pressure is kept away from the head while maintaining the momentum of the pressurization, but the rear end side is drawn into the discharge chamber 21B (nozzle 31). In this way, by forcibly separating the trailing edge of the droplet, it is possible to control the discharge amount (the size of the droplet) to be reduced as compared with the case of normal discharge.

モード2
下流側個別電極12Bと下流側振動板22Bとの間に静電力を発生させ、下流側振動板22Bを下流側個別電極12Bに当接させる。そして、下流側振動板22Bを下流側個別電極12Bから離脱させて液体を加圧する。モード1とは異なり、上流側振動板22Aを上流側個別電極12Aに当接させて液滴後端の引き込みを行わずに吐出する。そのため、上流側振動板22Aについては当接及び離脱を行わない。
Mode 2
An electrostatic force is generated between the downstream-side individual electrode 12B and the downstream-side diaphragm 22B, and the downstream-side diaphragm 22B is brought into contact with the downstream-side individual electrode 12B. Then, the downstream diaphragm 22B is detached from the downstream individual electrode 12B to pressurize the liquid. Unlike mode 1, the upstream diaphragm 22A is brought into contact with the upstream individual electrode 12A and discharged without drawing the trailing edge of the droplet. For this reason, the upstream diaphragm 22A is not brought into contact or detached.

モード3
あらかじめ上流側個別電極12Aと上流側振動板22Aとの間に静電力を発生させ、上流側振動板22Aを上流側個別電極12Aに当接させて待機させておく。そして、下流側個別電極12Bと下流側振動板22Bとの間に静電力を発生させ、下流側振動板22Bを下流側個別電極12Bに当接させる。その後、下流側振動板22Bを下流側個別電極12Bから離脱させて液体を加圧するが、同時に上流側振動板22Aを上流側個別電極12Aから離脱させる。通常、復元圧力による力は、ノズル31の方向だけでなく、リザーバ24の方向にも加わる。モード3においては、あらかじめ上流側振動板22Aを当接させておく。そして、上流側振動板22Aと下流側振動板22Bとを同時に離脱させ、下流側振動板22Bによりリザーバ24の方向に加わる復元圧力を上流側振動板22Aによりノズル31の方向に加わる復元圧力で打ち消すようにする。これにより、吐出室21からリザーバ24に流れ込もうとする液体の流れ(逆流)を軽減し、ノズル31に力が向くようにしてモード2の場合よりも吐出量を多くする。
Mode 3
An electrostatic force is generated in advance between the upstream individual electrode 12A and the upstream diaphragm 22A, and the upstream diaphragm 22A is brought into contact with the upstream individual electrode 12A to be on standby. Then, an electrostatic force is generated between the downstream individual electrode 12B and the downstream diaphragm 22B, and the downstream diaphragm 22B is brought into contact with the downstream individual electrode 12B. Thereafter, the downstream diaphragm 22B is detached from the downstream individual electrode 12B to pressurize the liquid, but at the same time, the upstream diaphragm 22A is detached from the upstream individual electrode 12A. Usually, the force due to the restoring pressure is applied not only in the direction of the nozzle 31 but also in the direction of the reservoir 24. In mode 3, the upstream diaphragm 22A is brought into contact in advance. Then, the upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B are simultaneously separated, and the restoring pressure applied in the direction of the reservoir 24 by the downstream diaphragm 22B is canceled by the restoring pressure applied in the direction of the nozzle 31 by the upstream diaphragm 22A. Like that. As a result, the flow (reverse flow) of the liquid trying to flow into the reservoir 24 from the discharge chamber 21 is reduced, and the discharge amount is increased as compared with the mode 2 so that the force is directed to the nozzle 31.

モード4
上流側個別電極12Aと上流側振動板22A及び下流側個別電極12Bと下流側振動板22Bとの間に静電力を発生させ、上流側振動板22Aを上流側個別電極12Aに当接させ、下流側振動板22Bを下流側個別電極12Bに当接させる。その後、上流側振動板22A及び下流側振動板22Bを、同時にそれぞれ上流側個別電極12A、下流側個別電極12Bから離脱させて液体を加圧する。モード3のように、上流側振動板22Aによる復元圧力を液体の逆流防止のために用いるのではなく、ノズル31から吐出させるために積極的に用いることにより、モード3の場合よりも吐出量を多くする。ここで、上流側振動板22Aと下流側振動板22Bとは同時に離脱させるようにしてもよいが、例えば液体の種類、印加電圧等に応じて、下流側振動板22Bの離脱をわずかに早める等、所望する吐出量に応じた制御を行うようにしてもよい。
Mode 4
An electrostatic force is generated between the upstream side individual electrode 12A and the upstream side diaphragm 22A, and the downstream side individual electrode 12B and the downstream side diaphragm 22B, and the upstream side diaphragm 22A is brought into contact with the upstream side individual electrode 12A. The side diaphragm 22B is brought into contact with the downstream individual electrode 12B. Thereafter, the upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B are simultaneously separated from the upstream individual electrode 12A and the downstream individual electrode 12B, respectively, to pressurize the liquid. As in mode 3, the restoration pressure by the upstream diaphragm 22A is not used to prevent the backflow of the liquid, but is used positively for discharging from the nozzle 31, so that the discharge amount is higher than in the case of mode 3. Do more. Here, the upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B may be separated at the same time. For example, depending on the type of liquid, the applied voltage, etc., the separation of the downstream diaphragm 22B is slightly accelerated. Alternatively, control according to a desired discharge amount may be performed.

次に上流側振動板22Aによる液体に発生する振動の制御について説明する。例えば、振動板22が個別電極12から離脱して液体を加圧した後、振動板22はすぐに元の位置に戻るのではなく、元の位置に対してオーバーシュートを繰り返しながら減衰していき、最終的に元の位置に収束する自由振動を行う。最初に元の位置に戻ろうとする変位以外の振動(以下、残留振動という)は、液滴の吐出には必要がないばかりでなく、次周期の動作、隣接する他のノズルにおける吐出にも悪影響を及ぼすことになる。そこで残留振動が抑えられるようにする。   Next, control of vibration generated in the liquid by the upstream diaphragm 22A will be described. For example, after the diaphragm 22 is detached from the individual electrode 12 and pressurizes the liquid, the diaphragm 22 does not immediately return to the original position but attenuates while repeating overshoot with respect to the original position. Then, free vibration is finally converged to the original position. The vibration other than the displacement to return to the original position first (hereinafter referred to as residual vibration) is not only necessary for the discharge of the droplet, but also adversely affects the operation of the next period and the discharge of other adjacent nozzles. Will be affected. Therefore, the residual vibration should be suppressed.

ここで、液体を加圧した振動板22と個別電極12との間がオーバーシュートにより基の位置における距離より離れると、静電力が急激に弱くなり制御が難しくなる。そのため、振動板22が1つしかない場合、オーバーシュートする振動板22に対して残留振動制御を行うのは難しい。   Here, if the vibration plate 22 pressurized with liquid and the individual electrode 12 are separated from the distance at the base position due to overshoot, the electrostatic force is suddenly weakened and the control becomes difficult. Therefore, when there is only one diaphragm 22, it is difficult to perform residual vibration control on the diaphragm 22 that overshoots.

本実施の形態では、ノズル31に対する流路に2つの振動板22を設けているが、例えばモード1、モード2のように、上流側振動板22Aが吐出のための加圧を行わない場合、上流側振動板22Aはオーバーシュートしない。そこで、下流側振動板22Bが液体を加圧した後、上流側振動板22Aの変位制御を行って、吐出室21内の液体の振動(固有振動)を抑えるように加圧を行うことで残留振動を抑えるようにする。   In the present embodiment, two diaphragms 22 are provided in the flow path with respect to the nozzle 31, but when the upstream diaphragm 22A does not perform pressurization for discharge as in mode 1 and mode 2, for example, The upstream diaphragm 22A does not overshoot. Therefore, after the downstream diaphragm 22B pressurizes the liquid, the displacement of the upstream diaphragm 22A is controlled to perform the pressurization so as to suppress the vibration (natural vibration) of the liquid in the discharge chamber 21. Try to suppress vibration.

以上のように実施の形態1の液滴吐出ヘッドによれば、各ノズル31に対する流路上に、上流側振動板22Aと下流側振動板22Bとを直列に配する。そして、上流側振動板22Aと個別電極12Aとの間、下流側振動板22Bと個別電極12Bとの間でそれぞれ独立して静電力の発生、停止等の制御を行って、上流側振動板22A、下流側振動板22Bの当接、離脱を所定のタイミングで行うようにしたので、ノズル31から吐出する液滴の吐出量を変化させることができる。そのため、1回の吐出で複数種の吐出量を使い分けることができる。そして、2つの振動板22の当接、離脱のタイミングを工夫し、2つの振動板22による液体への加圧、吐出しようとする液体の引き込み等を行うことにより、吐出量の変化を大きくし、変化の幅を広げることができる。   As described above, according to the droplet discharge head of the first embodiment, the upstream diaphragm 22A and the downstream diaphragm 22B are arranged in series on the flow path for each nozzle 31. Then, the upstream diaphragm 22A is controlled by generating and stopping the electrostatic force independently between the upstream diaphragm 22A and the individual electrode 12A, and between the downstream diaphragm 22B and the individual electrode 12B. Since the downstream diaphragm 22B is brought into contact with and detached from the nozzle 31 at a predetermined timing, the discharge amount of the liquid droplets discharged from the nozzle 31 can be changed. Therefore, a plurality of types of discharge amounts can be properly used in one discharge. Then, the timing of contact and separation of the two diaphragms 22 is devised, and the change in the discharge amount is increased by applying pressure to the liquid by the two diaphragms 22 and drawing in the liquid to be discharged. , Can widen the range of change.

また、振動板22を複数有していることで、例えば、オーバーシュートしていない上流側振動板22Aに対して残留振動抑制のための静電力を有効に発生させることができ、残留振動抑制の制御を効率よく行うことができる。そのため、残留振動を抑制し、素早く平衡状態に移行することができるため、駆動周波数を高める(駆動周期を短くする)ことができ、高速化等を図ることができる。また、残留振動が吐出室21にためられた液体を加圧してノズル31から吐出させてしまったり、他のノズル31の流路上にある吐出室21の液体、振動等に悪影響を及ぼすこともない。   In addition, by having a plurality of diaphragms 22, for example, an electrostatic force for suppressing residual vibration can be effectively generated for the upstream diaphragm 22 </ b> A that has not overshooted, and residual vibration can be suppressed. Control can be performed efficiently. Therefore, since residual vibration can be suppressed and the state can be quickly shifted to an equilibrium state, the drive frequency can be increased (the drive cycle can be shortened), and the speed can be increased. Further, the residual vibration does not pressurize the liquid accumulated in the discharge chamber 21 and discharge it from the nozzle 31, nor does it adversely affect the liquid, vibration, etc. in the discharge chamber 21 on the flow path of the other nozzle 31. .

実施の形態2.
図4は電極基板10の作製工程例を表す図である。本実施の形態では、液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。まず、上述した図4に基づいて電極基板10の作製手順について説明する。ここで、液滴吐出ヘッドの製造では、電極基板10等、各基板は、実際にはウェハ単位で複数個分が同時に作製され、他の基板と接合等をした後に個々に切り離して、液滴吐出ヘッドを製造するが、以下の各工程を示す図では、1つの液滴吐出ヘッドに係る一部分を長辺方向で切ったときの断面を示している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of the electrode substrate 10. In the present embodiment, a manufacturing method of a droplet discharge head will be described. First, a manufacturing procedure of the electrode substrate 10 will be described based on FIG. 4 described above. Here, in the manufacture of the droplet discharge head, a plurality of substrates such as the electrode substrate 10 are actually manufactured at the same time in units of wafers. Although the ejection head is manufactured, in the drawings showing the following steps, a cross section when a part of one droplet ejection head is cut in the long side direction is shown.

まず、例えば厚さが2〜3mmのガラス基板60を、機械研削、エッチング等によって例えば基板3aの厚さが約1mmになるまで両面を研削(グラインド)する。そして、例えば、ガラス基板60を10〜20μmエッチングして加工変質層を除去する(図4(a))。この加工変質層の除去には、例えばSF6 等によるドライエッチング、フッ酸水溶液によるスピンエッチング等で行ってよい。ドライエッチングを行う場合は、ガラス基板60の片面にできた加工変質層を効率よく除去することができ、反対面の保護を必要としない。またスピンエッチング(ウェットエッチング)を行う場合は、必要とするエッチング液が少量で済み、また常に新しいエッチング液が供給されるため安定したエッチングを行うことができる。 First, for example, a glass substrate 60 having a thickness of 2 to 3 mm is ground (grinded) by mechanical grinding, etching or the like until the thickness of the substrate 3a becomes about 1 mm, for example. Then, for example, the glass substrate 60 is etched by 10 to 20 μm to remove the work-affected layer (FIG. 4A). For removing the work-affected layer, for example, dry etching with SF 6 or the like, spin etching with hydrofluoric acid aqueous solution, or the like may be performed. When dry etching is performed, the work-affected layer formed on one surface of the glass substrate 60 can be efficiently removed, and protection of the opposite surface is not required. Further, when performing spin etching (wet etching), a small amount of etching solution is required, and a new etching solution is always supplied, so that stable etching can be performed.

ガラス基板60の片面全体に、例えばスパッタ法によってクロム(Cr)からなるエッチングマスク61となる膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりエッチングマスク61の表面に、レジスト(図示せず)を凹部11の形状に対応させてパターニングし、さらにウェットエッチング等を行い、ガラス基板60を露出させる(図4(b))。その後、例えばBHF(バッファードフッ酸。フッ酸:フッ化アンモニウム=1:6)水溶液等のフッ酸水溶液でガラス基板60をウェットエッチングし、凹部11を形成する(図4(c))。   A film to be an etching mask 61 made of chromium (Cr) is formed on the entire surface of the glass substrate 60 by, for example, sputtering. Then, a resist (not shown) is patterned on the surface of the etching mask 61 by photolithography so as to correspond to the shape of the concave portion 11, and wet etching or the like is further performed to expose the glass substrate 60 (FIG. 4B). ). Thereafter, for example, the glass substrate 60 is wet-etched with a hydrofluoric acid aqueous solution such as a BHF (buffered hydrofluoric acid. Hydrofluoric acid: ammonium fluoride = 1: 6) aqueous solution to form the recesses 11 (FIG. 4C).

その後、例えばスパッタ法等によって、導電性を有するITO膜62を、ガラス基板60の凹部11が形成された側の面の全体に形成する(図4(d))。そして、フォトリソグラフィーによってレジスト(図示せず)をパターニングし、個別電極12として残す部分を保護した上でITO膜62をエッチングする。さらに、液体供給口15となる貫通穴をサンドブラスト法または切削加工により形成する(図4(e))。以上の工程により電極基板10が作製される。   Thereafter, a conductive ITO film 62 is formed on the entire surface of the glass substrate 60 on which the concave portion 11 is formed by, for example, sputtering (FIG. 4D). Then, a resist (not shown) is patterned by photolithography to protect a portion to be left as the individual electrode 12, and then the ITO film 62 is etched. Further, a through hole that becomes the liquid supply port 15 is formed by a sandblasting method or a cutting process (FIG. 4E). The electrode substrate 10 is manufactured through the above steps.

図5は液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図である。シリコン基板70の片面(電極基板10との接合面側となる)を鏡面研磨し、例えば220μmの厚みの基板(キャビティ基板20となる)を作製する。次に、シリコン基板70のボロンドープ層を形成する面を、B23を主成分とする固体の拡散源に対向させ、縦型炉に入れてボロンをシリコン基板70中に拡散させ、高濃度(約5×1019atoms/cm3 )のボロンドープ層を形成する。そして、ボロンドープ層を形成した面に、例えば、プラズマCVD法により、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は250W、圧力は66.7Pa(0.5Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で絶縁膜23を0.1μm成膜する(図5(a))。 FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the droplet discharge head. One side of the silicon substrate 70 (becomes the bonding surface with the electrode substrate 10) is mirror-polished to produce a substrate having a thickness of 220 μm (to be the cavity substrate 20), for example. Next, the surface of the silicon substrate 70 on which the boron-doped layer is formed is opposed to a solid diffusion source mainly composed of B 2 O 3 , and is placed in a vertical furnace to diffuse boron into the silicon substrate 70 to obtain a high concentration. A boron-doped layer (about 5 × 10 19 atoms / cm 3 ) is formed. Then, on the surface on which the boron doped layer is formed, for example, by plasma CVD, the processing temperature during film formation is 360 ° C., the high-frequency output is 250 W, the pressure is 66.7 Pa (0.5 Torr), and the gas flow rate is TEOS flow rate 100 cm 3. The insulating film 23 is formed to a thickness of 0.1 μm under the conditions of / min (100 sccm) and an oxygen flow rate of 1000 cm 3 / min (1000 sccm) (FIG. 5A).

シリコン基板70と電極基板10とを360℃に加熱した後、電極基板10に負極、シリコン基板70に正極を接続して、800Vの電圧を印加し、陽極接合を行う。陽極接合した後の基板(以下、接合済み基板という)において、シリコン基板70の厚みが約60μmになるまでシリコン基板70表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去する為に、32w%の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板70を約10μmウェットエッチングする。これによりシリコン基板70の厚みを約50μmにする(図5(b))。   After the silicon substrate 70 and the electrode substrate 10 are heated to 360 ° C., a negative electrode is connected to the electrode substrate 10 and a positive electrode is connected to the silicon substrate 70, and a voltage of 800 V is applied to perform anodic bonding. In the substrate after anodic bonding (hereinafter referred to as a bonded substrate), the surface of the silicon substrate 70 is ground until the thickness of the silicon substrate 70 becomes about 60 μm. Thereafter, in order to remove the work-affected layer, the silicon substrate 70 is wet-etched by about 10 μm with a potassium hydroxide solution having a concentration of 32 w%. Thus, the thickness of the silicon substrate 70 is set to about 50 μm (FIG. 5B).

次に、ウェットエッチングを行った面に対し、TEOSによるエッチングマスク(以下、TEOSエッチングマスクという)71をプラズマCVD法により成膜する。成膜条件としては、例えば、成膜時の処理温度は360℃、高周波出力は700W、圧力は33.3Pa(0.25Torr)、ガス流量はTEOS流量100cm3 /min(100sccm)、酸素流量1000cm3 /min(1000sccm)の条件で約1.0μm成膜する(図5(c))。TEOSを用いた成膜は比較的低温で行うことができるので、基板の加熱をできる限り抑えられる点で都合がよい。 Next, a TEOS etching mask (hereinafter referred to as a TEOS etching mask) 71 is formed on the wet etched surface by a plasma CVD method. As film formation conditions, for example, the processing temperature during film formation is 360 ° C., the high-frequency output is 700 W, the pressure is 33.3 Pa (0.25 Torr), the gas flow rate is TEOS flow rate 100 cm 3 / min (100 sccm), and the oxygen flow rate is 1000 cm. A film of about 1.0 μm is formed under the condition of 3 / min (1000 sccm) (FIG. 5C). Film formation using TEOS can be performed at a relatively low temperature, which is advantageous in that the heating of the substrate can be suppressed as much as possible.

そして、吐出室21及び電極取出し口26となる部分のTEOSエッチングマスク71をエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、フッ酸水溶液を用いてTEOSエッチングマスク71がなくなるまで、その部分をエッチングしてTEOSエッチングマスク71をパターニングし、シリコン基板70を露出させる。そして、エッチングした後にレジストを剥離する。ここで、電極取出し口26となる部分については、全てについてシリコンを露出させなくても、例えば電極取出し口26とキャビティ基板20との境界となる部分を露出させ、残りの部分を島状に残して、シリコンの割れを防ぐようにしてもよい。   Then, resist patterning is performed in order to etch the TEOS etching mask 71 in the portion that becomes the discharge chamber 21 and the electrode outlet 26. Then, the TEOS etching mask 71 is patterned by using a hydrofluoric acid aqueous solution until the TEOS etching mask 71 disappears, and the silicon substrate 70 is exposed. Then, after etching, the resist is peeled off. Here, with respect to the portion that becomes the electrode extraction port 26, for example, the portion that becomes the boundary between the electrode extraction port 26 and the cavity substrate 20 is exposed without leaving silicon exposed, and the remaining portion is left in an island shape. In this case, silicon may be prevented from cracking.

さらに、リザーバ24となる部分のTEOSエッチングマスク71をハーフエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、フッ酸水溶液でそれらの部分のTEOSエッチングマスク71を例えば、約0.7μmエッチングし、パターニングする。これにより、リザーバ24となる部分に残っているTEOSエッチングマスク71の厚みは約0.3μmとなり、シリコン基板70が露出しない。ここでは、残すTEOSエッチングマスク71の厚みを約0.3μmとするが、所望する流路の大きさ、リザーバ24の深さによって、それぞれの厚みを調整する必要がある。そして、エッチングした後にレジストを剥離する(図5(d))。   Further, resist patterning is performed in order to half-etch the TEOS etching mask 71 in a portion that becomes the reservoir 24. Then, the TEOS etching mask 71 of those portions is etched by, for example, about 0.7 μm with a hydrofluoric acid aqueous solution and patterned. As a result, the thickness of the TEOS etching mask 71 remaining in the portion that becomes the reservoir 24 becomes about 0.3 μm, and the silicon substrate 70 is not exposed. Here, the thickness of the TEOS etching mask 71 to be left is about 0.3 μm. However, it is necessary to adjust the thickness depending on the desired size of the flow path and the depth of the reservoir 24. Then, after etching, the resist is peeled off (FIG. 5D).

次に、接合済み基板を35wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室21となる部分及び電極取出し口26となる部分のシリコンを露出させた部分の厚みが約10μmになるまでウェットエッチングを行う。その後、リザーバ24となる部分のTEOSエッチングマスク71を除去する為、フッ酸水溶液に接合済み基板を浸してエッチングを行い、除去する。そして、さらに、接合済み基板を3wt%の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層において、エッチングストップが十分効いたものと判断するまでエッチングを続ける。このように、前記2種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、形成される振動板22の面荒れを抑制し、厚み精度を向上させることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化することができる(図5(e))。   Next, the bonded substrate is immersed in a 35 wt% potassium hydroxide aqueous solution, and wet etching is performed until the thickness of the portion where the silicon is exposed in the portion serving as the discharge chamber 21 and the portion serving as the electrode outlet 26 is approximately 10 μm. I do. Thereafter, in order to remove the TEOS etching mask 71 in the portion that becomes the reservoir 24, the bonded substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution and etched and removed. Further, the bonded substrate is immersed in a 3 wt% potassium hydroxide aqueous solution, and etching is continued until it is determined that the etching stop is sufficiently effective in the boron doped layer. Thus, by performing etching using the two types of potassium hydroxide aqueous solutions having different concentrations, it is possible to suppress surface roughness of the diaphragm 22 to be formed and to improve the thickness accuracy. As a result, the discharge performance of the droplet discharge head can be stabilized (FIG. 5E).

ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板をフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板70表面のTEOSエッチングマスク71を剥離する。そして、シリコン基板70の電極取出し口26となる部分のシリコンを除去する為に、電極取出し口25となる部分が開口したシリコンマスクを接合済み基板のシリコン基板70側の表面に取り付ける。そして、例えば、RFパワー200W、圧力40Pa(0.3Torr)、CF4 流量30cm3 /min(30sccm)の条件で、RIEドライエッチング(異方性ドライエッチング)を2時間行い、電極取出し口25となる部分のみにプラズマを当てて、開口する。開口することでギャップについても大気開放される。ここで、ピン等で突いて電極取出し口26となる部分のシリコンを除去するようにしてもよい。 When the wet etching is finished, the bonded substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, and the TEOS etching mask 71 on the surface of the silicon substrate 70 is peeled off. Then, in order to remove the silicon in the portion that becomes the electrode extraction opening 26 of the silicon substrate 70, a silicon mask having an opening in the portion that becomes the electrode extraction opening 25 is attached to the surface of the bonded substrate on the silicon substrate 70 side. Then, for example, RIE dry etching (anisotropic dry etching) is performed for 2 hours under the conditions of an RF power of 200 W, a pressure of 40 Pa (0.3 Torr), and a CF 4 flow rate of 30 cm 3 / min (30 sccm). A plasma is applied only to the part to be opened. Opening also opens the gap to the atmosphere. Here, the portion of silicon that protrudes with a pin or the like and becomes the electrode outlet 26 may be removed.

そして、例えばエポキシ樹脂からなる封止材25を、電極取出し口26の端部(キャビティ基板20と電極基板10の凹部との間で形成されるギャップの開口部分)に沿って流し込み、ギャップを封止する。また、共通電極端子27となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板70側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ(Pt)をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子27を形成する。また、液体供給口15とリザーバ24とを連通させる貫通穴をシリコン基板70に形成する。ここで、流路を流れる液体からキャビティ基板20を保護するため、例えば酸化シリコン等の液体保護膜(図示せず)をさらに成膜してもよい。これにより、接合済み基板に行う加工処理は完了する(図5(f))。   Then, a sealing material 25 made of, for example, epoxy resin is poured along the end of the electrode outlet 26 (the opening portion of the gap formed between the cavity substrate 20 and the recess of the electrode substrate 10) to seal the gap. Stop. In addition, a mask having an opening at a portion to be the common electrode terminal 27 is attached to the surface of the bonding substrate on the silicon substrate 70 side. Then, for example, sputtering is performed using platinum (Pt) as a target to form the common electrode terminal 27. Further, a through hole for communicating the liquid supply port 15 and the reservoir 24 is formed in the silicon substrate 70. Here, in order to protect the cavity substrate 20 from the liquid flowing through the flow path, a liquid protective film (not shown) such as silicon oxide may be further formed. Thereby, the processing performed on the bonded substrate is completed (FIG. 5F).

あらかじめノズル孔31、ダイヤフラム32及びオリフィス33を形成することにより、作製していたノズル基板30を例えば、エポキシ系接着剤により、接合済み基板のキャビティ基板20側から接着する。そして、ダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、実施の形態1のような動作を行うことができる液滴吐出ヘッドが完成する(図5(g))。   By forming the nozzle hole 31, the diaphragm 32, and the orifice 33 in advance, the manufactured nozzle substrate 30 is bonded from the cavity substrate 20 side of the bonded substrate with, for example, an epoxy adhesive. Then, dicing is performed and the liquid droplet ejection head is cut into individual liquid droplet ejection heads, thereby completing the liquid droplet ejection head capable of performing the operation as in the first embodiment (FIG. 5G).

実施の形態3.
図6は本発明の実施の形態3に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。図6において、上述の実施の形態と同じ符号を付しているものは、同様の動作を行うので説明を省略する。上流側電極基板10Aは実施の形態1で説明した上流側個別電極12Aを有する基板である。一方、下流側電極基板10Bは、下流側個別電極12Bを有する基板である。ここで、液体供給口15については、上流側電極基板10A又は下流側電極基板10Bのどちらかに設ければいいので図4では上流側電極基板10Aに設けている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a droplet discharge head according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those in the above-described embodiment perform the same operation, and thus the description thereof is omitted. The upstream electrode substrate 10A is a substrate having the upstream individual electrode 12A described in the first embodiment. On the other hand, the downstream electrode substrate 10B is a substrate having the downstream individual electrodes 12B. Here, since the liquid supply port 15 may be provided on either the upstream electrode substrate 10A or the downstream electrode substrate 10B, it is provided on the upstream electrode substrate 10A in FIG.

上流側キャビティプレート20Aは、実施の形態1で説明した吐出室21となる凹部及びその凹部の一部である上流側振動板22Aを有している。また、電極基板10Aと対向する面には絶縁膜23Aが成膜されている。そして、封止材25Aにより封止が行われている。   The upstream cavity plate 20A has a concave portion that becomes the discharge chamber 21 described in the first embodiment and an upstream diaphragm 22A that is a part of the concave portion. An insulating film 23A is formed on the surface facing the electrode substrate 10A. And sealing is performed by the sealing material 25A.

一方、下流側キャビティプレート20Bは、上流側キャビティプレート20Aと同様に、実施の形態1で説明した吐出室21となる凹部及びその凹部の一部である下流側振動板22Bを有している。また、絶縁膜23Bも成膜されており、封止材25Bによる封止も行われている。   On the other hand, similarly to the upstream cavity plate 20A, the downstream cavity plate 20B has a concave portion that becomes the discharge chamber 21 described in the first embodiment and a downstream diaphragm 22B that is a part of the concave portion. An insulating film 23B is also formed, and sealing with the sealing material 25B is also performed.

また、本実施の形態においては、上流側キャビティプレート20Aと下流側キャビティプレート20Bとにより、ノズル31Aに連通する孔を液滴吐出ヘッドの端面(側面)となる部分に形成する。この孔をノズルとしてもよいが、例えば結晶面方位等により、形成できる形状が規定される場合がある。吐出を安定させるためには、ノズル形状が円柱、円錐形状等である方がよいため、あらかじめ所定の形状に形成したノズル31Aを有するノズルプレート30Aを液滴吐出ヘッドの端面(側面)に設けるものとする。   In the present embodiment, the upstream cavity plate 20A and the downstream cavity plate 20B form a hole communicating with the nozzle 31A in a portion that becomes an end surface (side surface) of the droplet discharge head. Although this hole may be used as a nozzle, the shape that can be formed may be defined by, for example, the crystal plane orientation. In order to stabilize the discharge, it is better that the nozzle shape is a cylinder, a conical shape, etc., so that a nozzle plate 30A having a nozzle 31A formed in a predetermined shape in advance is provided on the end surface (side surface) of the droplet discharge head. And

上述した実施の形態1においては、電極基板10に上流側個別電極12A及び下流側個別電極12Bを設けるようにしたが、1つのノズル31に対して、2つの個別電極12の配線を行うため配線密度が高くなるため配線が困難になることもある。   In the first embodiment described above, the upstream individual electrode 12A and the downstream individual electrode 12B are provided on the electrode substrate 10. However, wiring is performed for wiring the two individual electrodes 12 to one nozzle 31. Wiring may be difficult due to the high density.

そこで、本実施の形態では、上流側個別電極12Aを上流側電極基板10Aに形成し、下流側個別電極12Bを下流側電極基板10Bに形成する。そして、上流側個別電極12Aに合わせて、上流側キャビティプレート20Aに吐出室21となる凹部及び上流側振動板22Aを形成し、下流側個別電極12Bに合わせて、下流側キャビティプレート20Bに吐出室21となる凹部及び下流側振動板22Bを形成する。   Therefore, in the present embodiment, the upstream individual electrode 12A is formed on the upstream electrode substrate 10A, and the downstream individual electrode 12B is formed on the downstream electrode substrate 10B. Then, a recess serving as a discharge chamber 21 and an upstream diaphragm 22A are formed in the upstream cavity plate 20A according to the upstream individual electrode 12A, and a discharge chamber is formed in the downstream cavity plate 20B according to the downstream individual electrode 12B. 21 and the downstream diaphragm 22B are formed.

そして、例えば、上流側電極基板10Aが下側、下流側電極基板10Bが上側になるように配し、さらに上流側キャビティプレート20Aと下流側キャビティプレート20Bとを対向させる。上流側電極基板10Aと下流側電極基板10Bとを上下に配しているため、本実施の形態の液滴吐出ヘッドは、実施の形態1のようなフェイスイジェクト型ではなく、エッジイジェクト型の液滴吐出ヘッドとし、ノズル31Aを有するノズルプレート30Aをヘッド側面に備える。   Then, for example, the upstream electrode substrate 10A is disposed on the lower side and the downstream electrode substrate 10B is disposed on the upper side, and the upstream cavity plate 20A and the downstream cavity plate 20B are opposed to each other. Since the upstream electrode substrate 10A and the downstream electrode substrate 10B are arranged vertically, the droplet discharge head according to the present embodiment is not the face eject type as in the first embodiment, but an edge eject type liquid. As a droplet discharge head, a nozzle plate 30A having nozzles 31A is provided on the side of the head.

本実施の形態における液滴吐出ヘッドの製造については、実施の形態2で説明したことと同様の手順により、フォトリソグラフィ、エッチング、切削等を行って、上流側電極基板10Aと上流側キャビティプレート20Aとの積層基板及び下流側電極基板10Bと下流側キャビティプレート20Bとの積層基板を作製する。ここで、吐出室21等の凹部形成の際、ノズル31Aに連通するための流路も形成する。そして、上流側キャビティプレート20Aと下流側キャビティプレート20Bとが対向するように2つの積層基板をエポキシ系接着剤等により接着する。そして、ダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断する。   In manufacturing the droplet discharge head in the present embodiment, the upstream electrode substrate 10A and the upstream cavity plate 20A are subjected to photolithography, etching, cutting, and the like in the same procedure as described in the second embodiment. And a laminated substrate of the downstream electrode substrate 10B and the downstream cavity plate 20B. Here, when the recesses such as the discharge chamber 21 are formed, a channel for communicating with the nozzle 31A is also formed. Then, the two laminated substrates are bonded with an epoxy adhesive or the like so that the upstream cavity plate 20A and the downstream cavity plate 20B face each other. Then, dicing is performed to cut each droplet discharge head.

一方、ノズルプレート30Aの作製については、例えば、シリコン基板に対して、ドライエッチングを行って所定の深さのノズル孔を形成すると共に個々のノズルプレートに分割するための分割溝を形成する。そして、シリコン基板を研磨してノズル孔を貫通させてノズル31Aを形成する。ノズル孔と共に形成された分割溝も同じ深さであるため、ノズル孔貫通と共に、各ノズルプレート30Aに分割される。そして、各ノズルプレート30Aを、ダイシングによって切断した接合基板にエポキシ系接着剤等を用いて接着し、液滴吐出ヘッドが完成する。吐出量制御等、制御については実施の形態1で説明したことと同じであるため、説明を省略する。   On the other hand, for the production of the nozzle plate 30A, for example, dry etching is performed on a silicon substrate to form nozzle holes with a predetermined depth and division grooves for dividing the nozzle plates into individual nozzle plates are formed. Then, the silicon substrate is polished to penetrate the nozzle hole to form the nozzle 31A. Since the divided grooves formed together with the nozzle holes have the same depth, they are divided into the respective nozzle plates 30A together with the nozzle holes penetrating. Then, each nozzle plate 30A is bonded to a bonded substrate cut by dicing using an epoxy adhesive or the like, thereby completing a droplet discharge head. Since the control such as the discharge amount control is the same as that described in the first embodiment, the description thereof is omitted.

以上のように、実施の形態3の液滴吐出ヘッドでは、上流側電極基板10Aが下側、下流側電極基板10Bが上側になるように2つに分けてそれぞれの基板に配し、各ノズル31に対する流路上に、上流側振動板22Aと下流側振動板22Bとを直列に配するようにしたので、実施の形態1と同様の効果を有する液滴吐出ヘッドを小型化することができる。   As described above, in the droplet discharge head according to the third embodiment, each nozzle is divided into two so that the upstream electrode substrate 10A is on the lower side and the downstream electrode substrate 10B is on the upper side. Since the upstream vibration plate 22A and the downstream vibration plate 22B are arranged in series on the flow path with respect to 31, the droplet discharge head having the same effect as in the first embodiment can be reduced in size.

実施の形態4.
上述の実施の形態においては、ノズル31に対し、その流路上に2つの振動板22、また、2つの個別電極12を設けるようにしたが、この数に限定するものではなく、3以上の振動板22、個別電極12を設けるようにしてもよい。
Embodiment 4 FIG.
In the above-described embodiment, the two diaphragms 22 and the two individual electrodes 12 are provided on the flow path for the nozzle 31. However, the number is not limited to this, and three or more vibrations are provided. The plate 22 and the individual electrode 12 may be provided.

また、残留振動抑制、吐出量変化のための振動板22の当接、離脱のタイミング制御について説明した。本発明はこれらの制御だけに限定するものではなく、他の制御を行うようにしてもよい。   In addition, the timing control of contact and separation of the diaphragm 22 for suppressing residual vibration and changing the discharge amount has been described. The present invention is not limited to these controls, and other controls may be performed.

実施の形態5.
例えば上述の実施の形態では、電極基板10、キャビティ基板20及びノズル基板30の3つの基板が積層されて構成された液滴吐出ヘッドについて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、吐出室21とリザーバ24とをそれぞれ別の基板に形成し、積層した4層の基板で構成した液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
Embodiment 5. FIG.
For example, in the above-described embodiment, the liquid droplet ejection head configured by laminating the three substrates of the electrode substrate 10, the cavity substrate 20, and the nozzle substrate 30 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to a droplet discharge head that includes a discharge chamber 21 and a reservoir 24 that are formed on separate substrates and are formed of four stacked layers.

実施の形態6.
図7は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置(プリンタ100)の外観図である。また、図8は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図7及び図8の液滴吐出装置は液滴吐出方式(インクジェット方式)による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図8において、被印刷物であるプリント紙110が支持されるドラム101と、プリント紙110にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド102とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド102にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙110は、ドラム101の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ103により、ドラム101に圧着して保持される。そして、送りネジ104がドラム101の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド102が保持されている。送りネジ104が回転することによって液滴吐出ヘッド102がドラム101の軸方向に移動するようになっている。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 7 is an external view of a droplet discharge apparatus (printer 100) using the droplet discharge head manufactured in the above-described embodiment. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of main components of the droplet discharge device. 7 and 8 is intended for printing by a droplet discharge method (inkjet method). Further, it is a so-called serial type device. In FIG. 8, a drum 101 that supports a printing paper 110 that is a printing object and a droplet discharge head 102 that discharges ink onto the printing paper 110 and performs recording are mainly configured. Although not shown, there is an ink supply means for supplying ink to the droplet discharge head 102. The print paper 110 is held by being pressed against the drum 101 by a paper press roller 103 provided parallel to the axial direction of the drum 101. A feed screw 104 is provided parallel to the axial direction of the drum 101, and the droplet discharge head 102 is held. As the feed screw 104 rotates, the droplet discharge head 102 moves in the axial direction of the drum 101.

一方、ドラム101は、ベルト105等を介してモータ106により回転駆動される。また、駆動制御回路40は、印刷用データ及び制御信号に基づいて送りネジ104、モータ106を駆動させる。また、ここでは図示していないが、実施の形態1で説明したようにドライバIC48から各個別電極12A、12Bに対して電荷供給を制御して任意の電圧を印加して各振動板22を振動させ、制御をしながらプリント紙110に印刷を行わせる。   On the other hand, the drum 101 is rotationally driven by a motor 106 via a belt 105 or the like. The drive control circuit 40 drives the feed screw 104 and the motor 106 based on the printing data and the control signal. Although not shown here, as described in the first embodiment, the driver IC 48 controls the charge supply to the individual electrodes 12A and 12B and applies an arbitrary voltage to vibrate each diaphragm 22. And printing is performed on the print paper 110 while controlling.

ここでは液体をインクとしてプリント紙110に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル(OLED等)の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、DNA(Deoxyribo Nucleic Acids :デオキシリボ核酸)、他の核酸(例えば、Ribo Nucleic Acid:リボ核酸、Peptide Nucleic Acids:ペプチド核酸等)タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。   Here, the liquid is ejected onto the print paper 110 as ink, but the liquid ejected from the droplet ejection head is not limited to ink. For example, in an application to be discharged onto a substrate to be a color filter, a light emitting element is used in an application to be discharged onto a substrate of a display panel (OLED or the like) using an electroluminescent element such as a liquid containing a color filter pigment or an organic compound. For example, a liquid containing a conductive metal and a liquid containing a conductive metal may be discharged from a droplet discharge head provided in each device. In addition, when the droplet discharge head is used as a dispenser and used for discharging onto a substrate that is a microarray of biomolecules, DNA (Deoxyribo Nucleic Acids: deoxyribonucleic acid), other nucleic acids (for example, Ribo Nucleic Acid: ribonucleic acid, Peptide (Nucleic Acids: peptide nucleic acids, etc.) A liquid containing a probe such as a protein may be discharged. In addition, it can also be used for discharging dyes such as cloth.

実施の形態1に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。2 is an exploded view of a droplet discharge head according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。2 is a cross-sectional view of a droplet discharge head according to Embodiment 1. FIG. 駆動制御回路40を中心とする構成を表す図である。2 is a diagram illustrating a configuration centering on a drive control circuit 40. FIG. 電極基板10の作製工程例を表す図である。5 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of the electrode substrate 10. 液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a droplet discharge head. 実施の形態3に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。6 is a cross-sectional view of a droplet discharge head according to Embodiment 3. FIG. 液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。It is an external view of a droplet discharge device using a droplet discharge head. 液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the main structural means of a droplet discharge apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 電極基板、10A 上流側電極基板、10B 下流側電極基板、11 凹部、12A 上流側個別電極、13A 上流側リード部、14A 上流側端子部、12B 下流側個別電極、13B 下流側リード部、14B 下流側端子部、15 液体供給口、20 キャビティ基板、20A 上流側キャビティ基板、20B 下流側キャビティ基板、21 吐出室、22A 上流側振動板、22B 下流側振動板、23,23A,23B 絶縁膜、24 リザーバ、25,25A,25B 封止材、26 電極取り出し口、27 共通電極端子、30 ノズル基板、31 ノズル、32 ダイヤフラム、33 オリフィス、40 駆動制御回路、41 ヘッド制御部、42a CPU、42b バス、43a ROM、43b RAM、43c キャラクタジェネレータ、45 論理ゲートアレイ、46a COM発生回路、46b 駆動パルス発生回路、47 コネクタ、48 ドライバIC、49 配線、50 外部装置、51 バス、52 電源回路、60 ガラス基板、61 エッチングマスク、62 ITO膜、70 シリコン基板、71 TEOSエッチングマスク、100 プリンタ、101 ドラム、102 液滴吐出ヘッド、103 紙圧着ローラ、104 送りネジ、105 ベルト、106 モータ、107 プリント制御手段、110 プリント紙。   10 electrode substrate, 10A upstream electrode substrate, 10B downstream electrode substrate, 11 concave portion, 12A upstream individual electrode, 13A upstream lead portion, 14A upstream terminal portion, 12B downstream individual electrode, 13B downstream lead portion, 14B Downstream terminal portion, 15 Liquid supply port, 20 Cavity substrate, 20A Upstream cavity substrate, 20B Downstream cavity substrate, 21 Discharge chamber, 22A Upstream diaphragm, 22B Downstream diaphragm, 23, 23A, 23B Insulating film, 24 Reservoir, 25, 25A, 25B Sealing material, 26 Electrode outlet, 27 Common electrode terminal, 30 Nozzle substrate, 31 Nozzle, 32 Diaphragm, 33 Orifice, 40 Drive control circuit, 41 Head controller, 42a CPU, 42b Bus 43a ROM, 43b RAM, 43c Character Gene 45, logic gate array, 46a COM generation circuit, 46b drive pulse generation circuit, 47 connector, 48 driver IC, 49 wiring, 50 external device, 51 bus, 52 power supply circuit, 60 glass substrate, 61 etching mask, 62 ITO Film, 70 silicon substrate, 71 TEOS etching mask, 100 printer, 101 drum, 102 droplet discharge head, 103 paper pressure roller, 104 feed screw, 105 belt, 106 motor, 107 print control means, 110 print paper.

Claims (9)

ノズルと、
変位して液体を加圧する複数の振動板を直列に備え、前記ノズルに連通する液体の流路上に設けられる吐出室と、
該吐出室の振動板と対向し、各振動板との間に静電気力を発生させて前記各振動板を変位させる固定電極と
を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A nozzle,
A plurality of diaphragms that are displaced to pressurize the liquid are provided in series, and a discharge chamber provided on a liquid flow path communicating with the nozzle;
A droplet discharge head, comprising: a fixed electrode facing the diaphragm of the discharge chamber and generating an electrostatic force between the diaphragm and displacing each diaphragm.
前記固定電極は複数で構成され、それぞれ独立して配線されて各振動板と対向することを特徴とする請求項1記載の液滴吐出ヘッド。   The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the fixed electrode includes a plurality of fixed electrodes, and each of the fixed electrodes is independently wired and faces each diaphragm. 前記複数の固定電極が分けられて設けられた2つの基板が、前記複数の吐出室を有する基板の両面に接合されていることを特徴とする請求項2記載の液滴吐出ヘッド。   3. The droplet discharge head according to claim 2, wherein two substrates provided with the plurality of fixed electrodes separately are bonded to both surfaces of the substrate having the plurality of discharge chambers. 前記ノズルをヘッド端面に設けることを特徴とする請求項3記載の液滴吐出ヘッド。   The droplet discharge head according to claim 3, wherein the nozzle is provided on an end surface of the head. 請求項1〜4のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。   A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 1. ノズルに連通する流路上の吐出室に直列に並んで設けられ、変位して前記液体を加圧する2つの振動板と、各振動板との間で生じさせた電位差に基づく静電気力を発生させる2つの固定電極とを備え、前記振動板を変位させて液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、
前記2つの振動板のうち、前記ノズルに近い方の下流側振動板と下流側固定電極との間に静電気力を発生させ、液滴吐出のための圧力を液体に加える工程と、
液滴として前記ノズルから吐出しようとする液体の後端部分を前記流路内に引き込ませるためにもう一方の振動板である上流側振動板と上流側固定電極との間に静電気力を発生させ、前記上流側振動板を前記上流側固定電極側に引き寄せる工程と
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
Two diaphragms that are arranged in series in discharge chambers on a flow path communicating with the nozzle and pressurize the liquid by displacement, and an electrostatic force based on a potential difference generated between each diaphragm 2 is generated. In a discharge control method of a droplet discharge head comprising two fixed electrodes and pressurizing a liquid by displacing the diaphragm,
A step of generating an electrostatic force between the downstream diaphragm closer to the nozzle and the downstream fixed electrode of the two diaphragms, and applying a pressure for droplet discharge to the liquid;
In order to draw the rear end portion of the liquid to be discharged from the nozzle as droplets into the flow path, an electrostatic force is generated between the upstream diaphragm, which is the other diaphragm, and the upstream fixed electrode. And a step of drawing the upstream diaphragm toward the upstream fixed electrode side.
ノズルに連通する流路上の吐出室に直列に並んで設けられ、変位して前記液体を加圧する2つの振動板と、各振動板との間で生じさせた電位差に基づく静電気力を発生させる2つの固定電極とを備え、前記振動板を変位させて液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、
前記2つの振動板のうち、前記ノズルから遠い方の上流側振動板を上流側固定電極側に引き寄せて待機する工程と、
もう一方の振動板である下流側振動板と下流側固定電極との間に静電気力を発生させて下流側固定電極側に引き寄せ、前記下流側振動板と前記上流側振動板とにより液滴吐出のための圧力を液体に加える工程と
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
Two diaphragms that are arranged in series in discharge chambers on a flow path communicating with the nozzle and pressurize the liquid by displacement, and an electrostatic force based on a potential difference generated between each diaphragm 2 is generated. In a discharge control method of a droplet discharge head comprising two fixed electrodes and pressurizing a liquid by displacing the diaphragm,
Of the two diaphragms, a step of waiting by drawing the upstream diaphragm farther from the nozzle toward the upstream fixed electrode;
An electrostatic force is generated between the downstream diaphragm, which is the other diaphragm, and the downstream fixed electrode, attracted to the downstream fixed electrode, and droplets are discharged by the downstream diaphragm and the upstream diaphragm. And a step of applying a pressure for the liquid to the liquid.
ノズルに連通する流路上の吐出室に直列に並んで設けられ、変位して前記液体を加圧する2つの振動板と、各振動板との間で生じさせた電位差に基づく静電気力を発生させる2つの固定電極とを備え、前記振動板を変位させて液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、
前記2つの振動板のうち、前記ノズルに近い方の下流側振動板と下流側固定電極との間に静電気力を発生させ、液滴吐出のための圧力を液体に加える工程と、
ノズルから液滴を吐出させた後に、もう一方の振動板である上流側振動板と上流側固定電極との間に静電気力を発生させ、流路内の液体の固有振動を打ち消すような振動を前記上流側振動板に発生させる工程と
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
Two diaphragms that are arranged in series in discharge chambers on a flow path communicating with the nozzle and pressurize the liquid by displacement, and an electrostatic force based on a potential difference generated between each diaphragm 2 is generated. In a discharge control method of a droplet discharge head comprising two fixed electrodes and pressurizing a liquid by displacing the diaphragm,
A step of generating an electrostatic force between the downstream diaphragm closer to the nozzle and the downstream fixed electrode of the two diaphragms, and applying a pressure for droplet discharge to the liquid;
After ejecting droplets from the nozzle, an electrostatic force is generated between the upstream diaphragm, which is the other diaphragm, and the upstream fixed electrode, and vibration that cancels out the natural vibration of the liquid in the flow path is generated. And a step of causing the upstream diaphragm to generate the discharge control method of the droplet discharge head.
請求項6〜8のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用して液滴吐出装置の吐出を制御することを特徴とする液滴吐出装置の吐出制御方法。   9. A discharge control method for a droplet discharge device, wherein the discharge control method for a droplet discharge device according to claim 6 is applied to control discharge of the droplet discharge device.
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