JP2009078534A - Liquid droplet discharging head, head cartridge, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動手段により振動板を変位させノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッド及びそのような液滴吐出ヘッドを備えたヘッドカートリッジ並びに画像形成装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head that discharges droplets from a nozzle by displacing a diaphragm by a driving unit, a head cartridge including such a droplet discharge head, and an image forming apparatus.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置)において使用されるインクジェット記録ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室(圧力室、加圧液室、液室、インク室、流路等とも称される。)と、この吐出室内の液体を加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備え、アクチュエータ手段を駆動することで吐出室内液体を加圧してノズルから液滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみ液滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
ところで、インクジェット記録ヘッドにおいて、記録速度の高速化、記録密度の高密度化の要求から複数のノズルを有するマルチノズルヘッドを使用し、さらに要求される液滴のサイズがますます小さくなる傾向にあるため、液室をより小さくする傾向にある。
ノズルピッチを細かくするために幅方向が短くなるだけでなく、液室の長さ方向も短くする必要がある。これは、液室の圧力共振周波数を高くすることで、小さい滴を吐出させるためである。
Inkjet recording heads used in printers, facsimiles, copiers, plotters and other image forming apparatuses) have a nozzle for discharging droplets and a discharge chamber (pressure chamber, pressurized liquid chamber, liquid chamber, And an actuator means for generating energy for pressurizing the liquid in the discharge chamber, and the actuator means is driven to pressurize the liquid in the discharge chamber to drop liquid droplets from the nozzles. Ink-on-demand systems, which eject liquid droplets only when recording is required, are the mainstream.
By the way, in the inkjet recording head, a multi-nozzle head having a plurality of nozzles is used due to the demand for higher recording speed and higher recording density, and the required droplet size tends to become smaller and smaller. Therefore, the liquid chamber tends to be smaller.
In order to make the nozzle pitch fine, it is necessary not only to shorten the width direction but also to shorten the length direction of the liquid chamber. This is because small droplets are ejected by increasing the pressure resonance frequency of the liquid chamber.
しかしながら、液室を小さくしたとしても、アクチュエータ素子による駆動エネルギーが液室には十分に伝搬されると共に、複数の液室を隔てている隔壁部分にはその駆動エネルギーが伝わらないようにする必要がある。
また、各ノズルから吐出する液滴吐出特性を均一にする必要があり、各ヘッド間で液室(圧力室、加圧液室、吐出室、インク室)の容積や抵抗に違いが無いことや各部材間で接合によるズレの発生が起こらないように制御する方法が検討されている。
さらに各部材同士の接合には、接着剤を使用することは一般的であるが、液室幅方向が小さくなることで接着剤を塗る面積も少なくなり、部材間同士の接合強度が確保できなくなる可能性がある。
また接合強度を確保するために接着剤の量を多く塗ることが考えられるが、その場合は接合面からのはみ出す接着剤によって吐出室に悪影響を与える可能性がある。
However, even if the liquid chamber is made small, it is necessary that the drive energy by the actuator element is sufficiently transmitted to the liquid chamber and that the drive energy is not transmitted to the partition wall separating the plurality of liquid chambers. is there.
In addition, it is necessary to make the droplet discharge characteristics discharged from each nozzle uniform, and there is no difference in the volume and resistance of the liquid chamber (pressure chamber, pressurized liquid chamber, discharge chamber, ink chamber) between the heads. A method for controlling the occurrence of misalignment due to joining between members has been studied.
In addition, it is common to use an adhesive for joining each member, but the area to which the adhesive is applied is reduced by decreasing the liquid chamber width direction, and it becomes impossible to secure the joining strength between the members. there is a possibility.
In order to secure the bonding strength, it is conceivable to apply a large amount of adhesive. In this case, the adhesive protruding from the bonding surface may adversely affect the discharge chamber.
そこで、接着剤のはみ出しを制御する方法として、例えば特許文献1に記載されているように接合面の面取りを行うことが提案されている。
特許文献1は、圧力発生室、インク供給口、及びリザーバを結晶性基板にエッチングにより高い精度で形成することができるヘッドを提供することを目的として、珪素の結晶性基板または酸化珪素の結晶性基板をエッチングすることにより圧力発生室、インク供給口、及びリザーバが互いに連通する貫通孔として構成させるようにしたものである。
また特許文献2には、接着強度を向上させることを目的として、液室基板の表面に、表面に微細な凹凸を有する面を形成した有機樹脂膜を成膜したものが開示されている。
Therefore, as a method for controlling the protrusion of the adhesive, for example, as described in
Further,
なお、液滴吐出ヘッドは、液滴(記録液体)を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方式に大別される。
例えば、特許文献3に記載されているように、液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変化させて、液滴を吐出させるピエゾ方式のもの、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によって液滴を吐出させるバブルジェット(登録商標)方式のものが一般に良く知られている。
また、特許文献4に記載されているように、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の圧力/体積を変化させることによりノズルから液滴を吐出させる静電型のものも提案されている。
Note that the droplet discharge head is roughly classified into several types depending on the type of actuator means for discharging droplets (recording liquid).
For example, as described in
Further, as described in
また、上記以外の先行文献として、特許文献5には、振動部材は少なくとも厚肉部と薄肉部とから成り、圧力発生手段が当接する前記厚肉部の部位の幅は広く、該厚肉部の非当接部位の幅は狭く形成されているインクジェットヘッドが開示されている。
また特許文献6には、振動板は、駆動部の変位で変形可能な金属材料からなる薄膜の第1層に金属材料からなる厚膜の第2層が一体的に積層され、この第2層のみが選択的にエッチングされて、駆動部に対応する独立した島状凸部と、この島状凸部の周囲に位置して駆動部の変位で変形するダイアフラム部と,このダイアフラム部の周囲に位置する厚肉部が形成されているインクジェットヘッドが開示されている。
Further, in Patent Document 6, a diaphragm is formed by integrally laminating a second layer of a thick film made of a metal material on a first layer of a thin film made of a metal material that can be deformed by displacement of a drive unit. Only the island-shaped convex portion corresponding to the driving portion is selectively etched, the diaphragm portion located around the island-shaped convex portion and deformed by the displacement of the driving portion, and around the diaphragm portion An ink jet head in which a thick part is formed is disclosed.
上記のようにインクジェット記録ヘッドでは、ノズル間隔を狭くするに伴い、液室を隔てている隔壁が狭くなるが、接合品質に関しては、液室の容積確保が確保するために接着剤のはみ出しを制御でき、かつ液室内の駆動エネルギーに耐えうる長寿命な接合が確保できる高強度な接合が要求されている。
しかしながら、接着剤を利用した接合時の接着剤の流れ出しを制御できるようにした特許文献1では、接合相手面が平坦であれば、面取り部で接着剤を吸収することができるが、接合面の平面性が悪い場合、接着剤がない、つまり接着厚みが0になる部分が隔壁幅に対して広く生じる可能性があり、接合強度不足による接合信頼性の低下を生じせしめることになる。
As described above, in the ink jet recording head, as the nozzle interval is narrowed, the partition walls separating the liquid chambers are narrowed. However, regarding the bonding quality, the protrusion of the adhesive is controlled to ensure the volume of the liquid chamber. There is a demand for high-strength bonding that can ensure long-life bonding that can withstand drive energy in the liquid chamber.
However, in
また、特許文献2では、接合面の平面性等のバラツキがあったとしてもギャップ調整材を含む接着剤を使用することで接合強度を確保することが開示されているが、ギャップ調整剤の径より高い接着剤膜厚が必要で、余分な接着剤がはみ出し、画質の低下が生じる。また、高価なギャップ調整剤の使用量の増加によるコスト増加、ギャップ調整材が均一に分布されるかなどの制御や製造方法の困難さが生じるという問題点があった。
Further,
また、振動部材と駆動手段とが当接する当接部の耐久性と、振動部材の耐久性とを兼備させるために特許文献5や特許文献6のように振動板部材で薄肉部(ダイアフラム部)と厚肉部とを別けて形成しているが、液室を高密度化するに伴い薄肉部と厚肉部を高精度に別けることが困難であり、高密度化されるほど薄肉部、厚肉部の精度は吐出特性に大きな影響を与える。
また、厚肉部を用いた接合では,高強度に接合するために接着剤を多く塗布した場合に、接着剤が薄肉部へ流れ出してしまい制御することが困難である。薄肉部へ流れ出さないように厚肉部の厚さを厚くする等の対策は考えられるが、エッチング等で厚肉部分を除去し薄肉部を形成する方式では、厚肉部の厚さが増したことで必要な薄肉部を高精度に形成するのにコストと作業時間がより必要になる。また、厚肉部と薄肉部を接合して形成する場合では、接着層を介してしまうので薄肉部が本来の厚さ以上になっていまい吐出特性に大きく影響を与えてしまう。
そこで、厚肉部を形成せずに薄肉部と駆動手段とを直接接合することも考えられるが、振動板と駆動手段を接合する時の接合精度、接着剤の流れ出しや駆動手段自身の部品精度等の影響が大きく、制御することも困難であった。
また液室を高密度に形成することを考えるとさらに制御することが困難となり、高画質で高品質な製品を確保することは困難であった。
このように従来のインクジェット記録ヘッドでは、平面度等の部品精度によらず安定した接合信頼性を確保し高画質化、高密度化と低コスト化を満たすことが要求されている。
本発明は、上記したような点を鑑みてなされたものであり、高画質化、高密度化と低コスト化を満たすことができる液滴吐出ヘッド、及びそのような液滴吐出ヘッドを搭載したヘッドカートリッジ並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
Further, in order to combine the durability of the abutting portion where the vibrating member and the driving means abut with the durability of the vibrating member, the thin plate portion (diaphragm portion) is made of a diaphragm member as in Patent Document 5 and Patent Document 6. However, it is difficult to separate the thin-walled part and the thick-walled part with high accuracy as the liquid chamber is densified. The accuracy of the meat part greatly affects the discharge characteristics.
Further, in the joining using the thick part, when a large amount of adhesive is applied to join with high strength, the adhesive flows out to the thin part and is difficult to control. Although measures such as increasing the thickness of the thick part so that it does not flow out to the thin part can be considered, the method of removing the thick part by etching or the like to form the thin part increases the thickness of the thick part. As a result, more cost and work time are required to form the required thin portion with high accuracy. Further, in the case where the thick portion and the thin portion are joined and formed, the adhesive layer is interposed, so that the thin portion has a thickness greater than the original thickness, which greatly affects the ejection characteristics.
Therefore, it is conceivable to directly join the thin part and the drive means without forming the thick part, but the joining accuracy when joining the diaphragm and the drive means, the flow of adhesive and the parts precision of the drive means itself It was difficult to control.
Further, considering that the liquid chambers are formed at a high density, it is difficult to control the liquid chambers, and it is difficult to secure a high-quality product with high image quality.
As described above, the conventional ink jet recording head is required to ensure stable bonding reliability regardless of component accuracy such as flatness and to satisfy high image quality, high density, and low cost.
The present invention has been made in view of the above points, and is equipped with a droplet discharge head that can satisfy high image quality, high density, and low cost, and such a droplet discharge head. It is an object to provide a head cartridge and an image forming apparatus.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、液体を吐出する少なくとも1つ以上のノズルと、各ノズルが連通する液体を蓄える液室が設けられた液室基板と、前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、前記液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板を備えている液滴吐出ヘッドにおいて、前記液室基板と被接合部材とを接着剤により接合したときに接合に用いた接着剤を流れ出させて接着剤溜まりを形成し、前記液室基板に形成された液室間を隔てる隔壁と前記被接合部材との接合面が、向かい合った面だけでなく流路隔壁側面をも接合面とし、その溜まりの隔壁側面と接する面と対向する部位が前記被接合部材に対して略垂直面であることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、前記液室基板の側面に付着した接着剤は、前記液室基板と接合される被接合部材に形成された突起物によって形成されている請求項1に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、前記突起物は、前記液室に沿って連続して形成されている請求項2に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、前記突起物は、前記ノズルが形成されている側の液室の長手方向端部に沿って形成されている請求項2に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
According to a second aspect of the present invention, the adhesive attached to the side surface of the liquid chamber substrate is formed by a protrusion formed on a member to be bonded to the liquid chamber substrate. Features a droplet discharge head.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the droplet discharge head according to the second aspect, wherein the protrusions are continuously formed along the liquid chamber.
The invention according to
請求項5に記載の発明は、前記被接合部材がノズル基板である請求項1乃至4のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、前記被接合部材が振動板である請求項1乃至5のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを特徴としている。
請求項7に記載の発明は、前記突起物が前記液室基板と接合された後に除去される請求項2乃至6のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、前記突起物がパターン印刷によって形成されている請求項2乃至7のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、前記突起物はエッチング加工によって形成されている請求項2乃至8のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
A fifth aspect of the invention is characterized in that the member to be bonded is a nozzle substrate, and the droplet discharge head according to any one of the first to fourth aspects.
A sixth aspect of the invention is characterized by the droplet discharge head according to any one of the first to fifth aspects, wherein the member to be joined is a diaphragm.
According to a seventh aspect of the invention, there is provided the liquid droplet ejection head according to any one of the second to sixth aspects, wherein the protrusion is removed after the protrusion is bonded to the liquid chamber substrate.
According to an eighth aspect of the invention, there is provided a liquid droplet ejection head according to any one of the second to seventh aspects, wherein the protrusion is formed by pattern printing.
A ninth aspect of the invention is characterized in that the projection is formed by etching processing, and the droplet discharge head according to any one of the second to eighth aspects.
請求項10に記載の発明は、液体を吐出する少なくとも1つ以上のノズルと、各ノズルが連通する液体を蓄える液室が設けられた液室基板と、前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、前記液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板を備えている液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板と前記駆動手段とを接合する接合領域に所定膜厚よりも厚い膜厚となるように接着剤を充填して、前記振動板と前記駆動手段とを接合したことを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、前記振動板の接合領域に充填される接着剤は、前記駆動手段の接合領域と、前記振動板の変形を行う薄肉領域とを分離するために設けた突起物によって形成されている請求項10に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、前記突起物は、前記接着剤が硬化した後に除去される請求項11に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、前記突起物は、インクジェットにより形成される請求項11又は12に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、前記突起物は、パターン印刷によって形成される請求項11又は12に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、前記突起物は、フォトリソグラフィー法によって形成される請求項11又は12に記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a liquid chamber substrate provided with at least one or more nozzles for discharging a liquid, a liquid chamber for storing a liquid communicated with each nozzle, and a pressure for pressurizing the liquid in the liquid chamber. In a liquid droplet ejection head comprising a driving means for generating and a vibration plate that forms at least a part of the wall surface of the liquid chamber, a bonding region where the vibration plate and the driving means are joined has a predetermined thickness. The diaphragm is filled with an adhesive so as to have a thick film thickness, and the diaphragm and the driving means are joined.
According to an eleventh aspect of the present invention, the adhesive filled in the bonding area of the diaphragm is provided with a projection provided to separate the bonding area of the driving means and the thin area where the vibration plate is deformed. The liquid droplet ejection head according to
The invention described in
A thirteenth aspect of the invention is characterized in that the protrusion is formed by ink jetting.
A fourteenth aspect of the invention is characterized in that the protrusion is formed by pattern printing, and the droplet discharge head according to the eleventh or twelfth aspect of the invention.
A fifteenth aspect of the invention is characterized in that the protrusion is formed by a photolithography method.
請求項16に記載の発明は、請求項1乃至15のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したヘッドカートリッジを特徴とする。
請求項17に記載の発明は、請求項1乃至15のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置を特徴とする。
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a head cartridge on which the droplet discharge head according to any one of the first to fifteenth aspects is mounted.
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus including the droplet discharge head according to any one of the first to fifteenth aspects.
本発明の液滴吐出ヘッドによれば、接合面の平坦度が悪くて安定したギャップ(接着層の膜厚)が得られない場合でも、接合面だけでなく接合部材の側面も接合に寄与するので安定した接合強度と長寿命な接合信頼性を提供することができる。また、接着剤のはみ出し量も突起物によって制御できるため、ノズルや振動板のダイアフラム部等の吐出に大きく影響を与える機能を損なうことがなくなる。
さらに、液室基板と被接合剤との接合面が接着剤で覆われているために接合界面にインクを浸入させることを防止できるのでインクによる強度劣化に強い部品を提供することができる。
また本発明によれば、本発明の液滴吐出ヘッドを搭載したヘッドカートリッジ並びに画像形成装置を提供することができる。
According to the droplet discharge head of the present invention, not only the bonding surface but also the side surface of the bonding member contributes to bonding even when the flatness of the bonding surface is poor and a stable gap (film thickness of the adhesive layer) cannot be obtained. Therefore, it is possible to provide stable bonding strength and long-life bonding reliability. In addition, since the amount of protrusion of the adhesive can be controlled by the protrusions, the function of greatly affecting the ejection of the nozzles and diaphragm portions of the diaphragm is not impaired.
Further, since the bonding surface between the liquid chamber substrate and the bonding agent is covered with the adhesive, it is possible to prevent the ink from entering the bonding interface, and thus it is possible to provide a component that is resistant to strength deterioration due to the ink.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a head cartridge and an image forming apparatus equipped with the droplet discharge head of the present invention.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施形態の液滴吐出ヘッドの説明図であり、(a)は液室長軸方向(ノズル配列方向と交差する方向)に沿う断面図、(b)は圧電素子の拡大図、(c)は電極積層部の拡大図である。また図2は本実施形態の液滴吐出ヘッドの液室短軸方向(ノズル配列方向)に沿う断面図である。なお、本実施形態では吐出する液体がインクである場合を例に挙げて説明するが吐出する液体はインクでなくても良い。また本実施の形態では、液室短軸方向を中心に説明するが、長軸方向に対しても効果が適用される。また、接合面に関して、本実施形態に記載する説明図では、平面であることを中心に説明するが、複数の凹凸があっても良い。ただし、その場合は研磨等によって高さが揃っていることが好ましい。
Embodiments of the present invention will be described below.
1A and 1B are explanatory views of a droplet discharge head according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the liquid chamber major axis direction (direction intersecting the nozzle arrangement direction), and FIG. 1B is an enlarged view of a piezoelectric element. (C) is an enlarged view of an electrode lamination part. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the minor axis direction (nozzle arrangement direction) of the liquid chamber of the droplet discharge head of the present embodiment. In the present embodiment, the case where the liquid to be discharged is ink will be described as an example. However, the liquid to be discharged may not be ink. In the present embodiment, the description will be made centering on the minor axis direction of the liquid chamber, but the effect is also applied to the major axis direction. In addition, regarding the joint surface, in the explanatory diagram described in the present embodiment, the description will be focused on being a flat surface, but there may be a plurality of irregularities. However, in that case, it is preferable that the heights are equalized by polishing or the like.
図1、図2に示した液滴吐出ヘッドは、液室1a及び流体抵抗部1bを形成する液室基板(流路板)1と、この液室基板1の上面に接合した液滴を吐出するノズル2aを形成するノズル板2と、液室基板1の下面に接合し、ダイアフラム部(薄肉部)3a、凸部3b及び厚肉部3cを形成した振動板3と、この振動板3と接合され、液室1a内の圧力を変化させる圧力変化装置として積層圧電素子(以下、単に「圧電素子」と称する)5と、圧電素子5を固定するベース基板6を備えている。なお、図1及び図2では接着層は他部材に比べると厚さが薄いために図示していない。また図示しないが、ダイアフラム部3aと圧電素子5を直接に接合した構成も考えられる。
圧電素子5は、図1(b)(c)に拡大して示したように、電極積層部Tが圧電材料層5dと内部電極層5eとを交互に積層した構成されている。また圧電素子5の圧電方向としてd33方向の変位を用いて液室1a内の液体を加圧する構成としている。
The liquid droplet ejection head shown in FIGS. 1 and 2 ejects a liquid chamber substrate (flow path plate) 1 that forms a
As shown in enlarged views in FIGS. 1B and 1C, the piezoelectric element 5 is configured such that the electrode stacking portion T is formed by alternately stacking the piezoelectric material layers 5d and the
また本実施形態の液滴吐出ヘッドでは、図2に示したように圧電素子5はハーフカットのダイシング加工により櫛歯上に分割され、1つ毎に圧電素子5を駆動部(駆動手段)5aと支持部材(非駆動部)5bとして使用する。この構造をバイピッチ構造と呼ぶ。支持部材5bにより流路ユニットを支えているので、液室1aの圧力上昇によって液室基板1が持ち上がることを防ぎ、いわゆる相互干渉を抑えることに非常に有効である。
In the liquid droplet ejection head of this embodiment, as shown in FIG. 2, the piezoelectric elements 5 are divided on comb teeth by half-cut dicing, and each piezoelectric element 5 is driven by a drive unit (drive means) 5a. And used as a support member (non-driving part) 5b. This structure is called a bi-pitch structure. Since the flow path unit is supported by the
図3は本実施形態の液滴吐出ヘッドの他の構成を示した図である。なお、図1と同一部位には、同一符号を付して説明は省略する。
この図3に示す液滴吐出ヘッドは、液室を高密度化させたものであり、圧電素子5の駆動部5aをノズルピッチと同じ間隔として、図1に示した支持部材5bを形成しない構造(ノーマルピッチ構造)になっている。
FIG. 3 is a view showing another configuration of the droplet discharge head of the present embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The liquid droplet ejection head shown in FIG. 3 has a high density liquid chamber, and has a structure in which the driving
上記した液室基板1の材料は、Si、Ni、42アロイ、SUS304や別のSUS材が挙げられる。また液室基板1の液体に接する面には、窒化チタン膜あるいはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜を成膜しても良い。このような耐液性薄膜を形成することで、流路板材料が液体に対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくくなり、安定した滴吐出が可能になる。
Examples of the material of the
図4は、図2に示した接合面Aの拡大図である。図5は、図2に示した接合面Bの拡大図である。
図4及び図5に示すように、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、液室基板1の隔壁1dと振動板3との接合面、及び液室基板1とノズル板2との接合面で、接着部外側(はみ出し領域)に接着剤の溜まり4aが形成されるようにした。つまり、液室基板1の側面にも接着剤をはみ出させることで、液室基板1の側面も接合に寄与できるため、それぞれ接合面の不足による接合強度の低下を防止するようにした。その上で本実施形態の液室基板とノズル板2とを接着剤により接合したときに、接合に用いた接着剤を流れ出させて接着剤溜まり4aを形成し、液室基板1に形成された液室1a間を隔てる隔壁1dと被接合部材であるノズル板2との接合面が、向かい合った面だけでなく流路隔壁側面をも接合面とし、その溜まりの隔壁側面と接する面と対向する部位がノズル板2に対して略垂直面(直交面)となるようにした。
なお、本実施形態では、接着層4の膜厚を0.5〜3μmとしている。また本実施形態では、接着剤溜まり4aの高さを5〜40μmとしているが、流路隔壁1d全体を覆っていても良い。その際、接着剤が親水性を示しているものが好ましいが、接着剤溜まり4aの上に親水性を示す膜をコーティングしていても良い。
4 is an enlarged view of the joint surface A shown in FIG. FIG. 5 is an enlarged view of the joint surface B shown in FIG.
As shown in FIGS. 4 and 5, the liquid droplet ejection head according to the present embodiment includes a bonding surface between the
In the present embodiment, the thickness of the
図6は本実施形態の液滴吐出ヘッドの振動板に形成されたリブの説明図であり、(a)は液滴吐出ヘッドの上面図、(b)は(a)に示すA−A断面図である。また図7は振動板に形成されたリブの部分を拡大して示した図である。
この図6、図7においては、ノズル2aが形成されている側の液室1aの長手方向端部に沿ってリブ(突起物)10を形成することによって、外側の面が振動板3に対してほぼ垂直する溜まり4aを形成するようにしている。なお、リブ10は、図8に示すように液室1aに沿って連続的に形成したり、あるいは図9に示すように、一部を除いて液室1aに沿って形成するようにしても良い。
6A and 6B are explanatory views of ribs formed on the vibration plate of the droplet discharge head of this embodiment. FIG. 6A is a top view of the droplet discharge head, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. FIG. FIG. 7 is an enlarged view of a rib portion formed on the diaphragm.
In FIGS. 6 and 7, a rib (projection) 10 is formed along the longitudinal end of the
また図10〜図12は本実施形態の液滴吐出ヘッドのノズル板に形成されたリブの説明図である。
図10及び図11に示されているように、本実施形態ではノズル板2等の接合部材においてノズル2aが形成されている側の液室1aの長手方向端部に沿ってリブ(突起物)10を形成することによって、外側の面がノズル板2に対してほぼ垂直(直交)する接着剤の溜まり4aを形成するようにしている。なお、リブ10は、図12に示すようにノズル2aの一部近傍にのみ形成しても良い。
このようなリブ10の形成方法は、金属層をエッチングすること、電鋳工法やパターン印刷によりレジスト塗布することが考えられる。また、リブ10は液室基板1との接合後に除去しても良い。除去方法として、プラズマ照射、現像液等により除去することも考えられる。
本実施形態では、リブ10を液室基板1の側面から1〜15μm離れた位置で、接合部材に対してほぼ垂直に形成するようにしている。なお、リブ10は接合部材に対してほぼ垂直でなくても良く傾斜面を持っても良い。
10 to 12 are explanatory views of ribs formed on the nozzle plate of the droplet discharge head of this embodiment.
As shown in FIGS. 10 and 11, in this embodiment, ribs (projections) along the longitudinal ends of the
The
In the present embodiment, the
図1、図2に示した本実施形態の液滴吐出ヘッドでは、液室ピッチが150dpiであるため、液室基板1の厚さを40μm〜600μm(液室基板1を積層することにより液室を形成することも考えられる。)、液室1aの長手方向の長さを400μm〜1600μm、液室1aの幅を120μm〜139μmとした。流路隔壁1dの幅は振動板3との接合面で約15〜50μmである。
また、図3に示した本実施形態の液滴吐出ヘッドでは、液室ピッチが300dpiであるため、液室基板1の厚さを100μm〜600μm、液室1a長手方向の長さを400μm〜1200μm、液室1aの幅を50〜70μmとした構造であっても良い。なお、液室ピッチが150dpiと300dpiとでは、隔壁の幅に違いが生じるが、本発明の効果に悪影響を及ぼすことはない。
ノズル板2は金属材料、例えば電鋳工法によるNiメッキ膜等で形成したもので、液滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル2aを多数形成している。このノズル2aの内部形状(内側形状)は、ホーン形状(略円柱形状又は略円錘台形状でも良い。)に形成している。また、このノズル2aの径は液滴出口側の直径で約20〜35μmである。
In the liquid droplet ejection head of this embodiment shown in FIGS. 1 and 2, since the liquid chamber pitch is 150 dpi, the
In the droplet discharge head of the present embodiment shown in FIG. 3, the liquid chamber pitch is 300 dpi, so that the thickness of the
The
本実施形態では、ノズル2aの直径は24μmとした。また各列のノズルピッチは、150dpi/300dpiである。ノズル板の材料として樹脂材を用いることもある。
このノズル板2の液滴吐出面(ノズル表面側)は、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層2−2を設けている。PTFE−Ni共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂(例えばフッ化ピッチなど)を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、液体物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、液体の滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
外部から液体を供給するための液体供給口3dと、共通液室1cとなる彫り込みが形成するフレーム7はエポキシ系樹脂の射出成形により作製している。樹脂材料は、ポリフェニレンサルファイト等でも良い。
In the present embodiment, the
The droplet discharge surface (nozzle surface side) of the
The
このように構成した液滴吐出ヘッドにおいては、記録信号に応じて圧電素子5aに駆動波形(10〜50Vのパルス電圧)を印加することによって、圧電素子5aに積層方向の変位が生起し、振動板3を介して液室1aが加圧されて圧力が上昇し、ノズル2aから液滴が吐出される。その後、液滴吐出の終了に伴い、液室1a内の液体圧力が低減し、液体の流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって液室1a内に負圧が発生して液体充填行程へ移行する。このとき、液体タンクから供給された液体は共通液室1cに流入し、共通液室1cから液体流入口3dを経て流体抵抗部1bを通り、液室1a内に充填される。
流体抵抗部1bは、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による再充填(リフィル)に対して抵抗になる。流体抵抗部を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次の液滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くできる。
ここで、凸部3bと厚肉部3cの形状として、凸部3bの周りは薄肉部3aで囲まれ、その周りを厚肉部3cで囲んでいる構成がある。
形成方法として、電鋳工法によるNiメッキ膜を2層重ねる方法がある。また、この電鋳工法によりリブ10を形成しても良い。
In the droplet discharge head configured as described above, a drive waveform (pulse voltage of 10 to 50 V) is applied to the
The
Here, as a shape of the
As a forming method, there is a method of stacking two Ni plating films by an electroforming method. Further, the
ここで、図13を参照してNi電鋳の2層振動板の電鋳工程について説明する。
まず図13(a)に示すように、電鋳支持基板211に薄肉部208を形成する第一層212を形成し、同図(b)に示すように厚肉部207間に相当する部分が窓213となるレジストパターン214を形成して例えばニッケル電鋳を行うことで、同図(c)に示すように、第一層212上にニッケルが析出され堆積してニッケル層215が形成され、更に電鋳を継続することで、同図(d)に示すように、窓213から突出するまでニッケル層215が成長すると、エッジ効果によりパターン214、214の表面方向にも肥大してオーバハング部215aが生じる。このプロセスを継続していくと、同図(e)に示すようにニッケル層215は厚み方向と平面方向にさらに伸長し、所定の成長の段階で電鋳を終了した後、パターン214を除去することで、同図(f)に示すように、凹部216により囲まれた断面鋲型のアイランド状厚肉部206を備えた振動板が得られる。
Here, the electroforming process of the Ni electroformed two-layer diaphragm will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 13A, the
また、図1に示した、薄肉部3aの部材を樹脂層で、凸部3bと厚肉部3cの部材を金属層とした構成も考えられる。これにより、薄肉部3aの剛性が、Niで形成した振動板と比べて低くなることで圧電素子5の変位効率を阻害することもなくなる。また、液室基盤(流路板)1を金属(本実施形態では、Ni、42アロイ、SUS304)である場合、金属同士の接合より接合強度が増す。また、凸部3bと厚肉部3cの部材を金属層としたことで、液室基板1をしっかりと固定でき、接合強度を確保するのに効果的である。
また、樹脂層は圧延フィルムであっても良い。これにより、厚みが薄くなってもピンホールなどの欠陥がほとんど皆無で、信頼性が高い製品を提供することができる。本実施形態では、薄肉部の厚さは、2〜6μmである。
Moreover, the structure which made the member of the
The resin layer may be a rolled film. Thereby, even if the thickness is reduced, there is almost no defect such as a pinhole, and a highly reliable product can be provided. In the present embodiment, the thickness of the thin portion is 2 to 6 μm.
次に、本実施形態の振動板の形成方法を説明する。
図14、図15は、前述の振動板3の一実施例を示すものであって、図14は複数個の振動板3、3、3・・・を1枚のラミネート材に一括して作り付けた状態を、また図15はラミネート材から切り離された1つの振動板を示すものである。
以下、図14、図15参照しながら振動板の製造方法を図16に基づいて説明する。
液体に対して耐久性を備えた厚さ30μmの金属薄板20、例えばステンレス鋼の一方の面に接着剤21を塗布し、接着剤をプレ乾燥させた後に厚さ4μm程度の高分子延伸フィルム22、例えばポリフェニレンサルフアイド(PPS)樹脂の延伸フィルムを接着してラミネート材を構成する(図16(a))。
次に、このラミネート材を所要のサイズに切断して大判を切り出し、図14に示すエッチングパターン露光時の基準となる孔24、24と、プレスにセットする時の位置決め用の基準孔25、26、27、28と、図15に示す大判から切断された単独の振動板3としての位置決め用の基準孔30、31と、液体供給口となる孔32等の通孔33を予めプレス加工により穿設しておく(図16(b))。
Next, a method for forming the diaphragm of the present embodiment will be described.
FIG. 14 and FIG. 15 show an embodiment of the above-described
Hereinafter, a method for manufacturing a diaphragm will be described with reference to FIGS.
A stretched
Next, the laminate material is cut to a required size to cut out a large size, and holes 24 and 24 serving as a reference at the time of etching pattern exposure shown in FIG. 14 and
次いで、ラミネート材の金属薄板20が表面となるようにガラス基板Bにセットし、端部がガラス基板Bの表面に及ぶように金属薄板20の表面に感光性樹脂フィルムFを貼り付け、ラミネート材全体をフィルムFでもってガラス基板Bに固定する。
このような工程を採ることにより、感光性樹脂フィルムFの密着工程とワークのガラス基板Bへの固定とを1つの工程で済ませることが可能となる。またプレス加工により予めラミネート材に穴が形成されているため、この穴の端面をエッチング液から保護する必要があるが、液体フォトレジストに比較してエッチング液に対する保護能力の高い樹脂フィルムの使用により、エッチング時の穴の変形を確実に防止することができる。
この状態で、エッチングすべきパターンを形成したマスクを、基準孔24、24を用いて位置決めして感光性樹脂フィルムFを露光する。これにより、プレス加工により正確に穿設された基準孔24、24(図14参照)に対して可及的に小さな相対誤差でエッチング用の窓W、Wが形成されることになる(図16(c))。
次いで、この窓W、Wを用いて金属薄板をエッチングすることにより、金属薄板が除去されて接着剤21が露出して、ダイアフラム部となる領域D、Dに囲まれたアイランド部(凸部)3bが形成されることになる(図16(d))。
Next, the laminate is set on the glass substrate B so that the
By adopting such a process, it is possible to complete the adhesion process of the photosensitive resin film F and the fixing of the workpiece to the glass substrate B in one process. Also, since the holes are formed in the laminate material in advance by press processing, it is necessary to protect the end faces of the holes from the etching solution, but by using a resin film that has a higher protection capability against the etching solution than liquid photoresist. Further, deformation of the hole during etching can be surely prevented.
In this state, the mask on which the pattern to be etched is formed is positioned using the reference holes 24 and 24 to expose the photosensitive resin film F. As a result, the etching windows W and W are formed with a relative error as small as possible with respect to the reference holes 24 and 24 (see FIG. 14) precisely drilled by pressing (FIG. 16). (C)).
Next, by etching the metal thin plate using the windows W, W, the metal thin plate is removed, the adhesive 21 is exposed, and the island portion (convex portion) surrounded by the regions D and D to be the diaphragm portion. 3b is formed (FIG. 16 (d)).
図14はエッチング終了後の大判の構造を示すものであって、この実施例のおいては、上述のエッチング工程で、凸部3b、3bの形成に合わせて各振動板3、3、3の周囲の金属薄板20を貫通するようにエッチングして、高分子延伸フィルム22だけの溝34が形成されており、各振動板3、3、3・・・は、高分子延伸フィルム22を介して接続されている。
エッチングが終了した段階で、ラミネート材をガラス基板Bから取り外し、大判としての位置決め用の基準孔25、26、27、28をプレスの位置決めピンに挿入し、各振動板3、3、3、・・・を溝34で切断して、個々の振動板3、3、3、・・・に切分ける。このように切断領域の金属薄板がエッチングにより除去されているため、高分子延伸フィルム22を切断するだけでよいから、プレスのダイの寿命が延長されることになる。
FIG. 14 shows a large-sized structure after completion of etching. In this embodiment, in the above-described etching process, the
When the etching is completed, the laminate material is removed from the glass substrate B, and large-sized positioning reference holes 25, 26, 27, 28 are inserted into the positioning pins of the press, and the
図15は、切断された振動板3を示すものであって、振動ユニットが当接する領域、つまり図中符号40、40で示す領域は、金属薄板20がエッチングにより除去され、接着剤21が露出する掘状の領域により囲まれていて、振動ユニットが当接しない領域と電気的に絶縁されているため、圧電振動子の先端やまたダミーの圧電振動子の電極からの電流の流れ出しを防止して、電蝕による振動板の破損を防止することができる。
なお、図中符号41は、共通液室内に存在する液体溜り部の液体の振動を吸収するための窓で、ラミネート材の金属薄板20だけをエッチングして、高分子延伸性フィルム22と接着剤との層だけとして形成されている。
FIG. 15 shows the
図17は、振動板の断面構造を示すものであって、高分子延伸性フィルム3aの表面に接着剤21の層を介して凸部3b、及び周辺の厚肉部3cが固定されており、その周囲には接着剤21が表面に露出した高分子延伸フィルム3aからなるダイアフラム部が形成されている。
このように凸部3b、図示しない厚肉部3cが接着剤21の層を介して高分子延伸フィルム6aに固定されているため、アイランド部3b先端での応力が接着剤21により拡散され、高分子延伸フィルムへの応力集中が緩和されるばかりでなく、表面の接着剤21が一種のシール材となって万一、高分子延伸性フィルム8に傷や欠陥が存在したとしても、液体の漏れ出しを防止することができる。
一般的に延伸性フィルムは、その製造工程上、ピンホール等の欠陥が存在すると、製造工程で破断するため、製品に仕上げることができない。このため、十分に吟味された材料を延伸したフィルムにあっては、厚みが数μm程度と極めて薄くなっても、ピンホール等の欠陥がほとんど皆無で、信頼性が極めて高い材料である。このため、溶剤キャステング法等により金属薄板に高分子フィルムの層を形成する従来法に比較して極めて信頼性の高い製品を提供することができる。
なお、本実施形態においては、金属薄板としてステンレス鋼を用いているが、エッチングが可能で、しかも接着性の高い他の金属、例えば銅、ニッケル、鉄、ステンレス、シリコンの薄板を用いることができる。
FIG. 17 shows the cross-sectional structure of the diaphragm, and the
Thus, since the
In general, when a film such as a pinhole is present in the production process, the stretchable film is broken in the production process and cannot be finished into a product. For this reason, a film obtained by stretching a well-scrutinized material is a highly reliable material with almost no defects such as pinholes even when the thickness is as thin as several μm. For this reason, it is possible to provide an extremely reliable product as compared with the conventional method in which a polymer film layer is formed on a metal thin plate by a solvent casting method or the like.
In the present embodiment, stainless steel is used as the metal thin plate, but other metals that can be etched and have high adhesion, such as copper, nickel, iron, stainless steel, and silicon, can be used. .
また、高分子延伸フィルムとしてポリフェニレンサルフアイド(PPS)樹脂を用いているが、延伸可能な他の高分子材料、例えば、ポリイミド(PI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂、ボリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリバラバン酸(PPA)樹脂、ボリサルホン(PSF)樹脂、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂、ポリエーテルケトン(PEK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリオレフィン(APO)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂、アラミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーネート樹脂等を用いることもできる。 In addition, polyphenylene sulfide (PPS) resin is used as the polymer stretched film, but other stretchable polymer materials such as polyimide (PI) resin, polyetherimide (PEI) resin, polyamidoimide (PAI) resin , Polybaravanic acid (PPA) resin, bolisulfone (PSF) resin, polyethersulfone (PES) resin, polyetherketone (PEK) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, polyolefin (APO) resin, polyethylene naphthalate ( PEN) resin, aramid resin, polypropylene resin, vinylidene chloride resin, polycarbonate resin and the like can also be used.
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
先ず、図18、図19、図20を用いて、従来の問題点を説明する。
図18〜図20は、図3に示した液室を高密度化した液滴吐出ヘッドの液室1、振動板3と圧電素子5の接合部の構造を示した図である。なお、図3と同一部位には、同一符号を付して説明は省略する。
図18に示すように、液室1を高密度化すると、振動板3のダイアフラム部(薄肉部)3aの確保が困難になり凸部3bを高精度に形成する必要がある。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
First, conventional problems will be described with reference to FIGS.
18 to 20 are views showing the structure of the junction between the
As shown in FIG. 18, when the density of the
図19(a)は、図3に示した液室を高密度化した液滴吐出ヘッドの液室1、振動板3と圧電素子5の接合部の構造を示した図、図19(b)は、図19(a)の破線円Xで囲った部分の拡大図である。なお、図3と同一部位には、同一符号を付して説明は省略する。
この図19(a)(b)に示すように、ダイアフラム部(薄肉部)3aを高精度に形成できたとしても、振動板3と圧電素子5を接合する接着剤4の流れ出しのために振動板3のダイアフラム部(薄肉部)3aには、はみ出した接着剤4が付着することで、圧力を変化させる駆動部5a(この場合は圧電素子5)の変位を妨げる要因となり吐出特性などの原因となってしまう。
FIG. 19A is a diagram showing the structure of the junction between the
As shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), even if the diaphragm portion (thin wall portion) 3a can be formed with high accuracy, the vibration is caused by the flow of the adhesive 4 that joins the
図20(a)は、図3に示した液室を高密度化した液滴吐出ヘッドの液室1、振動板3と圧電素子5の接合部の構造を示した図、図20(b)は図20(a)の破線円Yで囲った部分の拡大図である。なお、図3と同一部位には、同一符号を付して説明は省略する。
図20(a)に示す液滴吐出ヘッドには、振動板3に凸部3bが設けられておらず、駆動部5a(この場合は圧電素子5)と、振動板3のダイアフラム部3aが直接接合されている。このような構成では、図20(a)のように駆動部5aの部品精度によって薄肉部3aの長さA、Bが大きく変化する。また、図20(b)に示すように、振動板3と圧電素子5を接合する接着剤4の流れ出しがダイアフラム部3aの薄肉領域を覆ってしまうことが懸念される。
FIG. 20A is a diagram showing the structure of the
In the droplet discharge head shown in FIG. 20A, the
図21は、第2の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示した図である。なお、図3と同一部位には、同一符号を付して説明は省略する。
図21に示すように、第2の実施形態の液滴吐出ヘッドでは、振動板3と駆動部(圧電素子)5と接合する接合面に接着剤4の流れだしをせき止めるリブ(突起物)10を設けて接着剤溜り4aを形成し、振動板3と駆動部5aとを接合するための接着剤4をリブ10内に溜めて接合している。このとき、振動板3と駆動部5a(この場合は圧電素子5)とを接合する接合領域の膜厚を、振動板3と駆動部5aとを接合する際の平均膜厚よりも厚くなるように接着剤4を充填することで、硬化した接着剤4は振動板3の凸部3bと同じ役割を果たすことになる。なお、本実施形態では、液室1の短手方向の薄肉部領域の長さを10〜30μmとしている。
なお、本発明は、本実施形態で示されている圧電素子5の圧電方向d33方向だけでなく、図22に示すように圧電方向がd31方向でも本発明の効果に悪影響を及ぼすことがない。
FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a droplet discharge head according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part same as FIG. 3, and description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 21, in the liquid droplet ejection head of the second embodiment, ribs (projections) 10 that block the flow of the adhesive 4 on the joint surface where the
Note that the present invention does not adversely affect the effects of the present invention not only in the piezoelectric direction d33 direction of the piezoelectric element 5 shown in the present embodiment but also in the piezoelectric direction d31 as shown in FIG.
このような液滴吐出ヘッドによれば、振動板3に凸部3bを形成することなく、駆動部(圧電素子)5と振動板3とを接合するのに使用する接着剤4をリブ10によって堰き止め、これにより形成した接着剤溜り4aを振動板3の凸部3bの役割として用いることで、凸部3bを形成した場合と同様に液室1内の液体に駆動エネルギーを伝えることができ、かつ液室1のさらなる高密度化を実現することができる。
また、リブ10とリブ10の間で駆動部5aを振動板3に接合するので、接着剤溜り4aが駆動部5aの部品精度や振動板3との接合時の接合精度といったバラツキを吸収するので一定の吐出効率を確保することが容易となる。
また、接着剤溜り4aを形成するので、接着剤4の膜厚が厚く、かつ振動板3と向かい合う駆動部5aの接合面だけではなく駆動部5aの側面をも接合面とするので強い接合強度が確保できる。
According to such a droplet discharge head, the adhesive 4 used to join the drive unit (piezoelectric element) 5 and the
Moreover, since the
Further, since the
本発明で用いることができるインクジェットヘッドは、電熱変換素子に電流を流すことで発熱させて、発熱によりインクを発泡させることでインクを吐出する、いわゆるサーマル方式であっても良い。
サーマル方式は、ノズルの高集積化が容易であるため、多ノズルヘッドの作製に向いている。そのため、解像度が高い画像を高速で印刷するのに有利である。
本発明で用いることができるインクジェットヘッドは、インク流路から吐出口にかけての形状が直線的であるエッジシューター方式であっても良いし、インク流路の向きと吐出口の向きが異なるサイドシューター方式であっても良い。
The ink jet head that can be used in the present invention may be of a so-called thermal system in which heat is generated by passing an electric current through an electrothermal conversion element and ink is ejected by bubbling ink by heat generation.
The thermal method is suitable for manufacturing a multi-nozzle head because it is easy to highly integrate nozzles. Therefore, it is advantageous for printing an image with high resolution at high speed.
The inkjet head that can be used in the present invention may be an edge shooter system in which the shape from the ink flow path to the ejection port is linear, or a side shooter system in which the direction of the ink flow path and the direction of the ejection port are different. It may be.
次に、記録ヘッドの構成について説明しておく。
図23は、エッジシューター方式の記録ヘッドの一例を示した図である。
この記録ヘッドは、吐出エネルギー発生体50を有する基板51に、流路54の側壁及びオリフィス55を構成する壁材及び流路54の覆いを構成する天板53を積層した構成を有する。なお、吐出エネルギー発生体50に吐出信号を印加する電極及び吐出エネルギー発生体50に必要に応じて設けられる保護層などは図示を省略する。
この記録ヘッドにおいては、インクが貯えられている液室(不図示)から流路54にインクが充填された状態で、不図示の電極を介して記録信号を吐出エネルギー発生体50に印加すると、吐出エネルギー発生体50から発生した吐出エネルギーが流路54内のインクに吐出エネルギー発生体50上方(吐出エネルギー作用部)で作用し、その結果インクがオリフィス55から液滴として吐出される。吐出されたインク滴はオリフィス55の前方に送り込まれた紙などの被記録材に付着される。
Next, the configuration of the recording head will be described.
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of an edge shooter type recording head.
This recording head has a configuration in which a
In this recording head, when a recording signal is applied to the
図23に示したようなエッジシューター方式の記録ヘッドにおいては、各部分の精度良い微細化やオリフィスのマルチ化、あるいは小型化が極めて容易であり、また量産性に富むという利点を有する。その一方で、インク滴吐出の際の応答周波数やインク滴の飛行速度に限界がある。また、電熱変換素子が発熱することでインク中に気泡が発生するが、この気泡が温度低下により収縮し、吐出エネルギー発生体50近辺で消滅する際の衝撃により吐出エネルギー発生体50を徐々に破壊される。この現象はいわゆるキャビテーション現象と呼ばれ、エッジシューター方式において顕著である。そのため、エッジシューター方式の記録ヘッドは寿命が比較的短い。
In the edge shooter type recording head as shown in FIG. 23, it is very easy to precisely miniaturize each part, to make the number of orifices smaller, or to reduce the size, and to have high mass productivity. On the other hand, there is a limit to the response frequency and ink droplet flight speed when ejecting ink droplets. In addition, bubbles are generated in the ink as the electrothermal conversion element generates heat. The bubbles contract due to a decrease in temperature, and the
図24はサイドシューター方式の記録ヘッドの一例を示した図である。
この記録ヘッドは、天板53にオリフィス55を設け、一点鎖線52bで示されたように流路54内の吐出エネルギー作用部へのインクの流れ方向とオリフィス55の開口中心軸とを直角となした構成を有する。
このような構成とすることによって、吐出エネルギー発生体50からのエネルギーをより効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギーへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有し、吐出エネルギー発生体に発熱素子を用いた場合に特に効果的である。また、エッジシューターにおいて問題となる気泡が消滅する際の衝撃により吐出エネルギー発生体50を徐々に破壊する、いわゆるキャビテーション現象をサイドシューターであれば回避することができる。つまり、サイドシューターにおいて気泡が成長し、その気泡がオリフィス55に達すれば気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮が起こらない。そのため、記録ヘッドの寿命が長いという長所を有する。
FIG. 24 is a view showing an example of a side shooter type recording head.
In this recording head, an
With such a configuration, the energy from the
図25は、接着剤溜りを形成するリブを除去した例である。
この図25に示すように、リブ10によって形成された接着剤溜り4aが硬化した後、リブ10を除去することでリブ10の形成領域を薄肉部として機能することができ、より吐出効率が良い液滴吐出ヘッドを形成することができる。リブ10の除去方法としては、プラズマ照射、レーザ照射等が考えられる。
また、除去したリブ10によって接着剤溜り4aの側面は略垂直となっているので、駆動部5aからの駆動エネルギーを振動板3に垂直に伝えることができ、液室1内の液体に駆動エネルギーを効率よく伝えることができる。
FIG. 25 shows an example in which the rib forming the adhesive reservoir is removed.
As shown in FIG. 25, after the
Further, since the side surface of the
また、本実施形態でのリブ10の形成方法は、インクジェットによる塗布、パターン印刷やフォトリソグラフィー法が考えられる。その場合は、高密度で高精度にリブ10を形成することが可能となる。また、リブ10を安価に形成でき、かつ量産性も確保することができる。
In addition, as a method for forming the
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッド或いは液滴吐出装置を備えた画像形成装置の一例について説明する。
図26は本実施形態の画像形成装置の全体構成を説明する側面図、図27は画像形成装置の要部平面図である。
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でタイミングベルト105を介して図27で矢示方向(主走査方向)に移動走査する。
このキャリッジ103には、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色の液滴を吐出する4個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド107を複数の液滴吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、記録ヘッド107を構成する液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータを用いたものを使用している。
Next, an example of an image forming apparatus provided with a droplet discharge head or a droplet discharge device according to the present invention will be described.
FIG. 26 is a side view for explaining the overall configuration of the image forming apparatus of the present embodiment, and FIG. 27 is a plan view of the main part of the image forming apparatus.
In this image forming apparatus, a
For example, the
また、キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色の液体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には図示しない液体供給チューブを介してメインタンク(インクカートリッジ)から液体が補充供給される。
この実施形態では、サブタンク108と記録ヘッド107で本発明に係る液滴吐出装置を構成しているが、記録ヘッド107を本発明に係る液滴吐出ヘッドで構成し、別途サブタンク108を設ける構成とすることもできるし、あるいは、サブタンクを用いないでインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。
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。
Also, the
In this embodiment, the sub-tank 108 and the
On the other hand, as a paper feeding unit for feeding
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。
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26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。
As a transport unit for transporting the
Here, the
また、図26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。
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。
また、キャリッジ103の前方側には、図27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(ホーム位置に対する位置)を検知するためのエンコーダ144を構成している。
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。
In addition, as shown in FIG. 26, a
The charging roller 126 is arranged so as to contact the surface layer of the
Further, as shown in FIG. 27, an
Further, as a paper discharge unit for discharging the
また、背部には両面給紙ユニット161が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット161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22と搬送ベルト121との間に給紙する。
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。
A double-sided
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。
そこで、キャリッジ103を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に液滴を吐出して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154に排紙する。
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161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。
At this time, a positive voltage output and a negative output are alternately repeated from the high voltage power supply to the charging roller 126 by a control circuit (not shown), that is, an alternating voltage is applied, and a charging voltage pattern in which the conveying
Therefore, by driving the
In the case of double-sided printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the
なお、本発明に係る画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、インク以外の液体、例えばDNA試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、或いはこれらを備える画像形成装置にも適用することができる。
また、本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミック等の被記録媒体に対して記録を行うプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる。
画像形成装置としてインクジェットプリンタを例として説明したが、インクジェットコピー、インクジェットファックス、あるいはそれらの複合型記録装置にも適用できる。また、画像形成装置以外にも、インクジェット技術を用いたカラーフィルター製造装置、金属配線製造装置、捺染装置、DNAチップ製造装置など工業用製造装置にも適用できる。
Note that the image forming apparatus according to the present invention can also be applied to a printer, a facsimile machine, a copying machine, a multi-function machine thereof, and the like. Further, the present invention can also be applied to a droplet discharge head or a droplet discharge device that discharges a liquid other than ink, such as a DNA sample, a resist, or a pattern material, or an image forming apparatus that includes these.
The present invention also includes a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, and a printing unit for recording on a recording medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramic, etc. The present invention can be applied to a device such as a word processor, and an industrial recording device combined with various processing devices.
Although an ink jet printer has been described as an example of the image forming apparatus, it can also be applied to an ink jet copy, an ink jet fax, or a composite type recording apparatus thereof. In addition to image forming apparatuses, the present invention can also be applied to industrial manufacturing apparatuses such as color filter manufacturing apparatuses, metal wiring manufacturing apparatuses, textile printing apparatuses, and DNA chip manufacturing apparatuses using inkjet technology.
1…液室基板(流路板)、1a…液室、1b…流体抵抗部、1c…共通液室、2…ノズル板、2a…ノズル、3…振動板、3a…薄肉部(ダイアフラム部)、3b…凸部、3c…厚肉部分、3d…液体供給口、4…接着層、4a…接着剤溜まり、5…積層圧電素子、5a…圧電素子(駆動部)、5b…支持部材(非駆動部)、5c…電極積層部、6…ベース基板、7…フレーム、8…支持体、9…絶縁性部材、10…リブ(突起物)、103…キャリッジ、107…記録ヘッド、108…サブタンク
DESCRIPTION OF
Claims (17)
各ノズルが連通する液体を蓄える液室が設けられた液室基板と、
前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、
前記液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板を備えている液滴吐出ヘッドにおいて、
前記液室基板と被接合部材とを接着剤により接合したときに接合に用いた接着剤を流れ出させて接着剤溜まりを形成し、前記液室基板に形成された液室間を隔てる隔壁と前記被接合部材との接合面が、向かい合った面だけでなく流路隔壁側面をも接合面とし、その溜まりの隔壁側面と接する面と対向する部位が前記被接合部材に対して略垂直面であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 At least one or more nozzles for discharging liquid;
A liquid chamber substrate provided with a liquid chamber for storing a liquid communicated with each nozzle;
Drive means for generating pressure to pressurize the liquid in the liquid chamber;
In a droplet discharge head including a vibration plate that forms at least a part of the wall surface of the liquid chamber,
When the liquid chamber substrate and the member to be bonded are bonded with an adhesive, the adhesive used for bonding is flowed out to form an adhesive pool, and a partition wall that separates the liquid chambers formed on the liquid chamber substrate; The bonding surface with the member to be bonded is not only the opposite surface but also the channel partition wall side surface as the bonding surface, and the portion facing the surface of the pool that contacts the partition wall side surface is substantially vertical to the member to be bonded. A droplet discharge head characterized by that.
各ノズルが連通する液体を蓄える液室が設けられた液室基板と、
前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、
前記液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板を備えている液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板と前記駆動手段とを接合する接合領域に所定膜厚よりも厚い膜厚となるように接着剤を充填して、前記振動板と前記駆動手段とを接合したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 At least one or more nozzles for discharging liquid;
A liquid chamber substrate provided with a liquid chamber for storing a liquid communicated with each nozzle;
Drive means for generating pressure to pressurize the liquid in the liquid chamber;
In a droplet discharge head including a vibration plate that forms at least a part of the wall surface of the liquid chamber,
A liquid characterized in that a bonding region where the diaphragm and the driving unit are bonded is filled with an adhesive so as to have a film thickness larger than a predetermined thickness, and the diaphragm and the driving unit are bonded. Drop ejection head.
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---|---|---|---|
JP2008027855A JP2009078534A (en) | 2007-09-06 | 2008-02-07 | Liquid droplet discharging head, head cartridge, and image forming apparatus |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015047783A (en) * | 2013-09-02 | 2015-03-16 | キヤノン株式会社 | Liquid ejection head and manufacturing method for the same |
JP2019098530A (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-24 | キヤノン株式会社 | Liquid discharge head |
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2008
- 2008-02-07 JP JP2008027855A patent/JP2009078534A/en active Pending
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