JP2012121199A - Liquid droplet delivering head, ink cartridge and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インク等の液体を吐出して画像形成を行うのに用いられる液滴吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ、画像形成装置に関する。
本発明は、インクジェット記録装置、インクジェット技術を利用した三次元造型技術等に応用することができる。
The present invention relates to a droplet discharge head used for forming an image by discharging a liquid such as ink, an ink cartridge including the droplet discharge head, and an image forming apparatus.
The present invention can be applied to an inkjet recording apparatus, a three-dimensional molding technique using an inkjet technique, and the like.
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。この中でも記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置あるいは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室(加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。)と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えており、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる構成となっている。
The ink jet recording apparatus has many advantages such as extremely low noise during recording, high-speed printing, and use of inexpensive plain paper with a high degree of freedom of ink. Among them, a so-called ink-on-demand system that discharges ink droplets only when recording is necessary does not require collection of ink droplets that are not necessary for recording, and has become mainstream.
An inkjet head, which is a droplet discharge head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile machine, or a copying apparatus, or an ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus, includes a nozzle that discharges ink droplets, and a discharge chamber ( Pressure chamber, pressure chamber, ink flow path, etc.) and pressure generating means for generating pressure to pressurize the ink in the discharge chamber. The ink droplets are ejected from the nozzles by pressurizing the ink.
このような液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型(サーマル型)のものなどがある。
ピエゾ型のものにはd33方向の変形を利用した縦振動型、d31方向の変形を利用した横振動(ベンドモード)型、更には剪断変形を利用したシェアモード型等がある。
その中で近年、半導体プロセスやマイクロマシニング技術の進歩により、パターニング加工技術が確立されていて、かつ、コストの安いSi基板に加圧室及びピエゾ素子を直接形成するアクチュエータ構成が考案されている。
As such a droplet discharge head, a piezoelectric type that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm that forms the wall surface of the discharge chamber using an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element as a pressure generating means. And a bubble type (thermal type) in which bubbles are generated by boiling an ink film using an electrothermal conversion element such as a heating resistor disposed in the discharge to discharge ink droplets.
Piezoelectric types include a longitudinal vibration type utilizing deformation in the d33 direction, a transverse vibration (bend mode) type utilizing deformation in the d31 direction, and a shear mode type utilizing shear deformation.
Among them, in recent years, with the progress of semiconductor processes and micromachining technology, patterning technology has been established, and an actuator configuration has been devised in which a pressure chamber and a piezoelectric element are directly formed on an inexpensive Si substrate.
特許文献1に記載の液体噴射装置では、直接接合や陽極接合等により2枚の基板を接合した後、インク供給孔を形成し、その後に接合界面のインク耐性を確保する為に接液保護膜を形成している。
インクジェットヘッドの高密度化に伴い、インク供給孔の構造は微細になり、供給孔のアスペクトも大きくなってきている。供給孔形成後に緻密な保護膜を斑なく形成することは難しく信頼性を低下させる要因となっている。
特許文献2に記載された液体噴射装置では、液室を含むインクと接する部分に気相成長法により炭化シリコン膜を形成している。
圧電素子を形成したシリコン基板に貫通孔形成済みのガラス基板を貼り付け、その後ノズルプレートを貼り付けることで製造される。シリコン基板にRIEエッチングにより貫通孔を形成し基板接合界面にSiCを形成している。
しかしながら、積層した基板に設けられた貫通孔内壁に保護膜を均一に形成することは困難であり接合界面の信頼性を低下させる要因となっている。
特許文献3に記載の液体噴射装置では、振動板上に耐腐食性膜を形成することによる振動板の撓みを防止する構成が開示されている。ノズル板表面部よりインク供給する構成であり、振動板への貫通孔の形成はなされていない。
In the liquid ejecting apparatus described in
As the density of ink jet heads increases, the structure of the ink supply holes becomes finer, and the aspect of the supply holes becomes larger. It is difficult to form a dense protective film without unevenness after the supply holes are formed, and this is a factor that reduces reliability.
In the liquid ejecting apparatus described in
It is manufactured by attaching a glass substrate with through holes formed on a silicon substrate on which a piezoelectric element is formed, and then attaching a nozzle plate. Through holes are formed in the silicon substrate by RIE etching, and SiC is formed at the substrate bonding interface.
However, it is difficult to form a protective film uniformly on the inner wall of the through hole provided in the laminated substrate, which is a factor of reducing the reliability of the bonding interface.
In the liquid ejecting apparatus described in
何れの方式であっても、液滴的吐出ヘッドにおいてはインクと接する部材の耐インク性が求められるため、先に述べた各種ヘッドにおいてはインクと接する全ての部材の耐インク性を確保することが重要である。
しかしながら、近年のマイクロマシニング技術によるヘッドの小型化及びコストの安いSi(シリコン)基板に加圧室及びピエゾ素子を直接形成するアクチュエータ構成においては、インク接液部分全てに耐インク性のある部材を用いることが困難になりつつある。
また、非常に複雑な構造の流路に後から保護膜を形成することも困難であることが多い。特にヘッドを小型化するためにインク供給を基板裏面から行う構成とした場合に避けられないインク供給のための貫通孔周りへ確実な保護膜を形成することは非常に困難である。
Regardless of the method, the droplet discharge head requires ink resistance of the member in contact with ink, so in the various heads described above, ensure the ink resistance of all members in contact with ink. is important.
However, in recent actuator constructions in which the pressurization chamber and the piezo element are directly formed on the Si (silicon) substrate with the miniaturization of the head and the low cost by the micromachining technology, an ink-resistant member is used for all the ink contact portions. It is becoming difficult to use.
In addition, it is often difficult to form a protective film later in the flow path having a very complicated structure. In particular, it is very difficult to form a reliable protective film around the through hole for supplying ink, which is inevitable when ink is supplied from the back side of the substrate in order to reduce the size of the head.
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたもので、インク供給孔部分をインク耐性のある膜で容易且つ確実に保護できる液滴吐出ヘッドの提供を、その主な目的としている。 The present invention has been made in view of the above situation, and its main object is to provide a droplet discharge head capable of easily and reliably protecting an ink supply hole portion with an ink-resistant film.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズル板と、隔壁により仕切られ、前記ノズル孔に連通する吐出室と、前記吐出室が形成された隔壁基板と、前記吐出室の少なくとも一方の隔壁として構成される振動板と、前記振動板の一面に設けられ、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して前記振動板に付与する電気機械変換素子と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板が積層膜からなり、該振動板に穿設された液供給孔としての貫通孔の側面が、前記振動板を形成する何れかの膜で覆われていることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記貫通孔の側面を覆っている膜は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の何れかであることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記貫通孔の側面を覆っている膜は、金属又金属酸化物であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記金属酸化物が、TiN、Pt、PZT、LNO、SRO、Al3O2のうちの何れか1つであることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記貫通孔の側面を覆っている膜は、樹脂であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the droplet discharge head according to the first aspect, the film covering the side surface of the through hole is either a silicon oxide film or a silicon nitride film. .
According to a third aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection head according to the first aspect, the film covering the side surface of the through hole is a metal or a metal oxide.
According to a fourth aspect of the present invention, in the droplet discharge head according to the third aspect, the metal oxide is any one of TiN, Pt, PZT, LNO, SRO, and Al 3 O 2. It is characterized by that.
According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection head according to the first aspect, the film covering the side surface of the through hole is a resin.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記樹脂が、感光性樹脂又は電着ポリイミド樹脂であることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが、請求項1〜6のうちの何れか1つに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが、請求項1〜6のうちの何れか1つに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection head according to the fifth aspect, the resin is a photosensitive resin or an electrodeposited polyimide resin.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an ink cartridge in which a droplet discharge head that discharges ink droplets and an ink tank that supplies ink to the droplet discharge head are integrated. It is a droplet discharge head described in any one of 1 to 6.
According to an eighth aspect of the present invention, in the image forming apparatus that forms an image by ejecting droplets from the droplet ejection head, the droplet ejection head is described in any one of the first to sixth aspects. It is characterized by being a droplet discharge head.
本発明によれば、圧力発生手段(アクチュエータ)を作り込む前段階でインク耐性の高い膜で微細な穴の側面を保護する構造であるため、通常では形成し難い保護膜を簡便な工法で形成することができ、低コストで非常に高い信頼性を実現することが可能となる。
インク耐性の高いアルミナや白金などインク耐性の高い膜で微細な穴の側面を保護する構造の場合、通常では形成し難い保護膜をスパッタやCVDなどの簡便な工法で形成することができ、低コストで非常に高い信頼性を実現することが可能となる。
また、インク液室等を作りこむ前の基板段差が少ない前段階でインク耐性の高い樹脂膜をスピンコート法やディッピング法等、簡単な工法で成膜することができ、微細なインク供給孔の側面を確実に保護することができる。このため低コストに非常に高い信頼性を実現することが可能となる。
インクカートリッジでは、本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
According to the present invention, since it is a structure that protects the side surface of a fine hole with a highly ink-resistant film before the pressure generating means (actuator) is built, a protective film that is difficult to form normally is formed by a simple method. It is possible to achieve a very high reliability at a low cost.
In the case of a structure that protects the side surface of fine holes with a highly ink-resistant film such as alumina or platinum that has high ink resistance, a protective film that is difficult to form normally can be formed by a simple method such as sputtering or CVD. It becomes possible to realize very high reliability at a cost.
In addition, a resin film with high ink resistance can be formed by a simple method such as spin coating or dipping in the previous stage where there are few steps on the substrate before the ink chamber is built, and fine ink supply holes can be formed. The side can be reliably protected. For this reason, it is possible to achieve very high reliability at low cost.
In the ink cartridge, since any one of the droplet discharge heads according to the present invention and the ink tank that supplies ink to the droplet discharge head are integrated, manufacturing defects can be reduced and the cost can be reduced.
以下、本発明の実施形態に図を参照して説明する。
まず、図1乃至図4に基づいて第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態における液滴吐出ヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。この液滴吐出ヘッドは、本発明のアクチュエータ(振動板)を用いた液滴吐出ヘッドであり、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータ方式の例である。
図2は図1における基板1の断面図を示すものであり、図2(a)は図1に示したX−X’線での断面図で、便宜上2つの吐出室14のみ示してある。
図2(b)は図1に示したY−Y’線での断面図である。本実施形態に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッド95は、図1に示す通りインクを吐出するノズル孔20を複数有するノズル基板2と、吐出室、振動板、圧電素子を形成した液室基板1と圧電素子保護空間を配した保護基板3の3枚の基板を重ねた積層構造となっている。
液室基板1と保護基板3は、隔壁基板を構成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view of a droplet discharge head in the present embodiment, which is a partial cross-sectional view. This droplet discharge head is a droplet discharge head using the actuator (vibrating plate) of the present invention, and is an example of a side shooter system that discharges ink droplets from nozzle holes provided on the surface of the substrate.
2 shows a cross-sectional view of the
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line YY ′ shown in FIG. As shown in FIG. 1, an
The
第1の基板としての液室基板1はシリコン基板上にパイロ酸化、LPCVD法等により薄膜を形成することで振動板層を形成し、その上に下電極となるTi膜及び白金膜8、電気機械変換素子としての圧電材(PZT)9、上電極となる白金膜10の多層構成からなるアクチュエータ(隔壁の1つを構成する振動板)がシリコンをエッチングすることにより形成された吐出室14に対向する領域に形成されている。
第2の基板としてのノズル基板2は、ニッケル高速電鋳法を用いて厚さ30ミクロンに形成したニッケル基板であり、液室基板1の面部に対して吐出室14と連通するようにそれぞれノズル孔20を有している。
第3の基板としての保護基板3は、圧電素子9の保護及び変位を妨げない為の空間22及び液室隔壁の剛性を高める為に隔壁4を支える柱23を形成した構成を有している。
The
The
The
上記のように構成された液滴吐出ヘッド95の動作を説明する。
共通液室24から個別インク供給孔18を経由して各吐出室14内にインクが供給される。吐出室14がインクにより満たされた状態で圧電素子9の上電極10及び下電極8間に電圧を印加し、これにより横振動モードで変形する圧電素子が縮み、圧電素子と密着している振動板全体が吐出室14側に凸形状に変形する(図2(a)の左側)。
吐出室14の体積が減少し吐出室14内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔20よりインク液滴21を記録紙40に向けて吐出する。
パルス電圧を連続的に印加して繰り返すことによりインクを連続的に吐出することができる。
The operation of the
Ink is supplied from the
The volume of the
Ink can be ejected continuously by applying and repeating the pulse voltage.
次に作製方法、構成など実施例をあげて詳細に説明する。
本実施例を、図2、図3及び図4を用いて説明する。本実施例においてはシリコン基板1に振動板材料及び圧電素子材料を成膜していくことでアクチュエータを作成していく。
まず、厚み400μmの<100>シリコン基板の表面にパイロ(Wet)酸化法によりシリコン酸化膜5を0.6μm成膜し、更にLPCVD法によりポリシリコン膜6を0.6μm成膜する(図3(a)、図4(a))。
更に、LPCVD法によりシリコン窒化膜13を0.3μm成膜し、その後リソエッチ法を用いて個別インク供給孔24となる部分のポリシリコン6及びシリコン窒化膜13を除去する。その後、LPCVD法により高温酸化膜(HTO膜)7を0.6μm成膜し、これらの積層膜を振動板層(=振動板)とする(図3(b)、図4(b))。
Next, a manufacturing method and a configuration will be described in detail with reference to examples.
This embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an actuator is created by depositing a diaphragm material and a piezoelectric element material on a
First, 0.6 μm of
Further, a
その後、圧電素子の下電極8となるTi及びPt層をスパッタ法によりそれぞれ0.05μm、0.2μm成膜し、更にスパッタ法により圧電材層9を2μm成膜、さらに、上電極10を0.1μm成膜する(図3(c)、図4(c))。その後、リソエッチ法により前記上電極10及び圧電材層9をパターニングし、更にリソエッチ法により下電極8のパターニングを行う(図3(d)、図4(d))。
さらにリソエッチ法により個別インク供給孔24となる部分シリコン酸化膜5及び7を除去しておく。その後、アクチュエータ上下電極8及び10と配線層を絶縁分離する為の層間絶縁膜11及び配線膜を含めたデバイスを保護する為のパッシベーション膜12を成膜・パターニングし(図3(e)、図4(e))、更にシリコン基板1の反対面にICPドライエッチングにより吐出室14、流体抵抗部15及び個別インク供給孔24となる凹部を形成することでアクチュエータを形成した第1の基板である液室基板1が完成する(図3(f)、図4(f))。
Thereafter, a Ti and Pt layer to be the
Further, the partial
ここで、液室形成前に個別インク供給孔24となる部分の振動板積層膜をパターニングし、インク耐性の高いシリコン酸化膜5及び7で保護しておくことで、インク耐性の低い振動板材料をインクから保護することができる。
その後、スルファミン酸浴で高速電鋳法により別途、製作したノズル基板2を液室基板1の吐出室14側に接着し、最後に、シリコン基板にリソエッチ法で凹部22を形成し作成した保護基板3を液室基板1の圧電素子面に接着し(図3(g)、図4(g))、さらに図示していないが圧電素子の上電極10及び下電極8の配線部を駆動回路に接続することで本実施例の液滴吐出ヘッドが完成する(図3(h)、図4(h))。
Here, before the liquid chamber is formed, a portion of the diaphragm laminated film that becomes the individual
Thereafter, the
保護基板3は<110>シリコン基板をTMAH、KOHなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングにより加工したものでも良いし、ガラス基板にブラスト加工で溝を形成した基板でも構わない。
樹脂モールドやメタルインジェクションモールドなどの成型部品でも構わない。
ドライバー回路をアクチュエータ基板(液室基板)1上に一体形成する際に、パイロ酸化法で形成した酸化膜をLOCOS酸化法で形成し、酸化膜の形成領域を選択することで、駆動回路を同一基板上に形成することもできる。
積層振動板の材料として本実施例に挙げた膜は半導体工場で一般的に使用されているものを例として挙げたが、例えばシリコン窒化膜13は引張り応力を有する膜として挙げたものでこれに限ったわけではない。
本実施例においては、振動板に穿設した個別インク供給孔24の側面をインク耐性の高いシリコン酸化膜で保護している。
CVD法により成膜して形成する振動板には膜剛性や応力を組み合わせて振動板を設計する為にインク耐性の低い材料を使用することもありえるが、高密度化したヘッドの微細なインク供給孔部分に液室形成後や共通液室基板を接合した後に保護膜を均一に形成することは非常に困難であり、信頼性を確保する事が難しい。アクチュエータを作りこむ前段階でインク耐性の高い膜で微細な穴の側面を保護することで高い信頼性を実現することが可能となる。
The
Molded parts such as resin molds and metal injection molds may be used.
When the driver circuit is integrally formed on the actuator substrate (liquid chamber substrate) 1, the oxide film formed by the pyro oxidation method is formed by the LOCOS oxidation method, and the region where the oxide film is formed is selected, so that the drive circuit is the same. It can also be formed on a substrate.
The film given in the present embodiment as a material for the laminated diaphragm is exemplified by a film generally used in a semiconductor factory. For example, the
In this embodiment, the side surfaces of the individual ink supply holes 24 formed in the diaphragm are protected by a silicon oxide film having high ink resistance.
For the diaphragm formed by CVD method, materials with low ink resistance may be used to design the diaphragm by combining film rigidity and stress. It is very difficult to form a protective film uniformly after forming the liquid chamber in the hole portion or after joining the common liquid chamber substrate, and it is difficult to ensure reliability. It is possible to achieve high reliability by protecting the side surface of a fine hole with a film having high ink resistance before the actuator is built.
上記のように、本発明の液滴吐出ヘッドでは、振動板に穿設した個別インク供給孔の側面をインク耐性の高いシリコン酸化膜等で保護している。積層膜を成膜することで振動板を形成する液滴吐出ヘッドにおいては、振動板を作り込むために各種膜の剛性や応力を組み合わせて所望の振動板を作り込んでいく。その時インク耐性の低い材料も存在するためにインクに接する部分には保護膜を形成する必要が生じる。しかしながら高密度化したヘッドの微細なインク供給孔部分に液室形成後や共通液室基板を接合した後に保護膜を均一に形成することは非常に困難であり、信頼性を確保することが非常に難しい。
本発明の構成ではアクチュエータを作り込む前段階でインク耐性の高い膜で微細な穴の側面を保護する構造であるため通常では形成し難い保護膜を簡便な工法で形成することができ、低コストで非常に高い信頼性を実現することが可能となる。
As described above, in the droplet discharge head of the present invention, the side surfaces of the individual ink supply holes formed in the vibration plate are protected by the silicon oxide film having high ink resistance. In a droplet discharge head that forms a diaphragm by forming a laminated film, a desired diaphragm is formed by combining the rigidity and stress of various films in order to form the diaphragm. At that time, since a material with low ink resistance exists, it is necessary to form a protective film on the portion in contact with the ink. However, it is very difficult to form a protective film uniformly after forming a liquid chamber or joining a common liquid chamber substrate to the fine ink supply holes of the high-density head, and it is very difficult to ensure reliability. It is difficult.
Since the structure of the present invention protects the side surfaces of fine holes with a highly ink-resistant film before the actuator is built, a protective film that is difficult to form normally can be formed by a simple construction method, and the cost is low. Therefore, it is possible to achieve very high reliability.
図5及び図6に基づいて第2の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する(以下の他の実施形態において同じ)。図5は上記実施形態の図2(b)に相当し、図6は図4に相当している。
第1の実施形態と同様に、シリコン基板1に振動板材料及び圧電素子材料を成膜していくことでアクチュエータを作成していく。
シリコン基板の表面にシリコン酸化膜5及びポリシリコン膜6をそれぞれ0.6μm成膜する(図6(a))。更に、シリコン窒化膜13を0.3μm成膜し、その後リソエッチ法を用いて個別インク供給孔24となる部分のポリシリコン6及びシリコン窒化膜13を除去する。
その後、スパッタ法によりアルミナ膜(Al2O3)16を0.1μm成膜し、これらの積層膜を振動板層とする(図6(b))。
その後、第1の実施形態と同様に下電極8、圧電材層9、上電極10をそれぞれ成膜し(図6(c))、リソエッチ法により上電極10及び圧電材層9をパターニングする。更にリソエッチ法により下電極8、個別インク供給孔24となる部分シリコン酸化膜5及びアルミナ膜(Al2O3)16を除去しておく(図6(d))。その後、層間絶縁膜としてアルミナ膜17及びパッシベーション膜12を成膜・パターニングし(図6(e))、第1の実施形態と同様に吐出室14、流体抵抗部15及び個別インク供給孔24となる凹部を形成することでアクチュエータを形成した第1の基板(液室基板)1が完成する(図6(f))。
その後ノズル基板2、保護基板3をそれぞれ貼り合わせることで本実施形態の液滴吐出ヘッドが完成する(図6(g))。
The second embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and unless otherwise specified, description of the configuration and functions already described is omitted, and only the main part will be described (the same applies to other embodiments below). 5 corresponds to FIG. 2B of the above embodiment, and FIG. 6 corresponds to FIG.
As in the first embodiment, an actuator is created by depositing a diaphragm material and a piezoelectric element material on the
A
Thereafter, an alumina film (Al 2 O 3 ) 16 having a thickness of 0.1 μm is formed by a sputtering method, and the laminated film is used as a diaphragm layer (FIG. 6B).
Thereafter, as in the first embodiment, the
Thereafter, the
本実施形態では振動板材料に金属酸化物であるアルミナ膜16を適用した。アルミナ膜は線膨張係数がシリコン基板より大きく、成膜条件により内部残留応力を引張り状態とすることができるので、積層振動板の撓みを調整でき、且つ、プロセス途中で個別インク供給孔部の他の材料をアルミナ膜16で覆うことで、インク耐性の高い保護膜を形成できる。
微細な個別インク供給孔をヘッド完成後に保護することは非常に困難であるため、作り込み過程で保護しておくことで信頼性を高めることができる。
また、アルミナ膜は他の振動板材料から圧電素子へ拡散してくる水素成分をブロックすることができ、水素還元による圧電素子の特性劣化を防止することができるため層間絶縁膜としてのアルミナ膜17と合せて圧電素子をアルミナ膜で上下から挟み込むことで高い信頼性のアクチュエータを作りこむことができる。
In this embodiment, the
Since it is very difficult to protect the fine individual ink supply holes after completion of the head, reliability can be improved by protecting them during the manufacturing process.
Also, the alumina film can block the hydrogen component diffusing from other diaphragm materials to the piezoelectric element, and can prevent deterioration of the characteristics of the piezoelectric element due to hydrogen reduction. Therefore, the
図7及び図8に基づいて第3の実施形態を説明する。
第2の実施形態と同様に、シリコン基板1にシリコン酸化膜5、ポリシリコン6、シリコン窒化膜13、アルミナ膜16を順に成膜し、個別インク供給孔となる部分のポリシリコン6、シリコン窒化膜13、アルミナ膜16をリソエッチ法により除去しておく(図8(a))。
その後、第1の実施形態と同様に下電極8、圧電材層9、上電極10をそれぞれ成膜し、リソエッチ法により上電極10及び圧電材層9、更に下電極8をパターニングする(図8(b))。その後、パッシベーション膜としてアルミナ幕17を成膜・パターニングし(図8(c))、さらにポリイミド樹脂19をスピンコート法で塗布して適正な温度でベークを行う(図8(d))。
その後リソエッチ法により個別インク供給孔部のポリイミド樹脂19、シリコン酸化膜5をエッチング除去する(図8(e))。その後第1の実施形態と同様に吐出室14、流体抵抗部15及び個別インク供給孔24となる凹部をICPドライエッチングにより形成することでアクチュエータを形成した第1の基板(液室基板)1が完成する(図8(f))。
さらにノズル基板2、保護基板3をそれぞれ貼り合わせることで本実施形態の液滴吐出ヘッドが完成する(図8(g))。
A third embodiment will be described with reference to FIGS.
As in the second embodiment, a
Thereafter, similarly to the first embodiment, the
Thereafter, the
Further, the
ポリイミド樹脂は耐薬品性が高く且つ膜剛性が低いので振動板面に厚く成膜しても液滴吐出ヘッドの振動板動作に悪影響を及ぼさない。厚くつけることでピンホールによる不良を低減でき、且つ個別インク供給孔のインク耐性も十分に確保できるので信頼性の高いヘッドを作り込むことが可能である。
ポリイミドは感光性を持つものを使用しても良いし、フィルムタイプのものを貼り付けても良い。またスプレー塗布や電着工法を用いて成膜しても同様の効果を得ることができる。
Since the polyimide resin has high chemical resistance and low film rigidity, even if a thick film is formed on the vibration plate surface, it does not adversely affect the vibration plate operation of the droplet discharge head. By thickening, defects due to pinholes can be reduced and ink resistance of the individual ink supply holes can be sufficiently secured, so that a highly reliable head can be built.
A polyimide having a photosensitivity may be used, or a film type may be attached. The same effect can be obtained even if a film is formed by spray coating or electrodeposition.
次に、本発明に係るインクカートリッジ(第4の実施形態)について図9を参照して説明する。
このインクカートリッジは、ノズル20等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド61と、このインクジェットヘッド61に対してインクを供給するインクタンク62とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性向上は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性向上につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。
Next, an ink cartridge according to the present invention (fourth embodiment) will be described with reference to FIG.
This ink cartridge is obtained by integrating the
In this way, in the case of an ink tank integrated head, the cost reduction and reliability improvement of the head immediately lead to the cost reduction and reliability improvement of the entire ink cartridge. Therefore, as described above, the cost reduction and high reliability are achieved. By reducing the manufacturing defects, the yield and reliability of the ink cartridge can be improved, and the cost of the head-integrated ink cartridge can be reduced.
次に、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置(第5の実施形態)の一例について図10及び図11を参照して説明する。なお、図10は同記録装置の斜視説明図、図11は同記録装置の機構部の側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部82等を収納し、装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができようになっている。
また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができ、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。
Next, an example of an ink jet recording apparatus (fifth embodiment) equipped with the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 is a perspective explanatory view of the recording apparatus, and FIG. 11 is a side explanatory view of a mechanism portion of the recording apparatus.
This ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus
Further, the
印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド94を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
キャリッジ93にはヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。
インクカートリッジ95は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
The
Each
The
記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド94を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ93は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装し、このタイミングベルト100をキャリッジ93に固定しており、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。
一方、給紙カセット84にセットした用紙83をヘッド94の下方側に搬送するために、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101及びフリクションパッド102と、用紙83を案内するガイド部材103と、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104と、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105及び搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106とを設けている。
Here, the
Here, the
On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the
搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。
キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材109を設けている。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設け、さらに用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115,116とを配設している。
記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。
記録終了信号または、用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。
The transport roller 104 is rotationally driven by a
Corresponding to the range of movement of the
At the time of recording, the
Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 83 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.
キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ93は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段でヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド94の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。
吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
A
By ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained. When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the
The sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
上記実施例中に記載した膜厚等の数値や材料はこれに限ったものではない。
As described above, since the inkjet head embodying the present invention is mounted in this inkjet recording apparatus, there is no ink droplet ejection failure due to vibration plate drive failure, stable ink droplet ejection characteristics are obtained, and image quality is improved. improves.
The numerical values such as film thickness and materials described in the above embodiments are not limited to these.
1 隔壁基板の一要素としての液室基板
2 ノズル板
9 電気機械変換素子としての圧電材
14 吐出室
20 ノズル孔
21 液滴
95 液滴吐出ヘッドとしてのヘッド
DESCRIPTION OF
Claims (8)
隔壁により仕切られ、前記ノズル孔に連通する吐出室と、
前記吐出室が形成された隔壁基板と、
前記吐出室の少なくとも一方の隔壁として構成される振動板と、
前記振動板の一面に設けられ、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して前記振動板に付与する電気機械変換素子と、
を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板が積層膜からなり、該振動板に穿設された液供給孔としての貫通孔の側面が、前記振動板を形成する何れかの膜で覆われていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle plate having a plurality of nozzle holes for discharging droplets;
A discharge chamber partitioned by a partition wall and communicating with the nozzle hole;
A partition substrate on which the discharge chamber is formed;
A diaphragm configured as at least one partition wall of the discharge chamber;
An electromechanical transducer that is provided on one surface of the diaphragm and converts electrical energy into mechanical energy to be applied to the diaphragm;
In a droplet discharge head equipped with
The droplet is characterized in that the diaphragm is a laminated film, and a side surface of a through hole as a liquid supply hole formed in the diaphragm is covered with any film forming the diaphragm. Discharge head.
前記貫通孔の側面を覆っている膜は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の何れかであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1,
The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the film covering the side surface of the through hole is either a silicon oxide film or a silicon nitride film.
前記貫通孔の側面を覆っている膜は、金属又金属酸化物であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1,
The liquid droplet ejection head, wherein the film covering the side surface of the through hole is a metal or a metal oxide.
前記金属酸化物が、TiN、Pt、PZT、LNO、SRO、Al3O2のうちの何れか1つであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 3,
The liquid droplet ejection head, wherein the metal oxide is any one of TiN, Pt, PZT, LNO, SRO, and Al 3 O 2 .
前記貫通孔の側面を覆っている膜は、樹脂であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1,
A liquid droplet ejection head, wherein the film covering the side surface of the through hole is made of resin.
前記樹脂が、感光性樹脂又は電着ポリイミド樹脂であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 5,
A droplet discharge head, wherein the resin is a photosensitive resin or an electrodeposited polyimide resin.
前記液滴吐出ヘッドが、請求項1〜6のうちの何れか1つに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。 In an ink cartridge in which a droplet discharge head that discharges ink droplets and an ink tank that supplies ink to the droplet discharge head are integrated,
An ink cartridge, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6.
前記液滴吐出ヘッドが、請求項1〜6のうちの何れか1つに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus for forming an image by discharging droplets from a droplet discharge head,
An image forming apparatus, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to claim 1.
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JP2014154740A (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Ricoh Co Ltd | Piezoelectric thin film element, piezoelectric actuator, liquid jetting head and droplet discharge device |
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CN103085479A (en) * | 2013-02-04 | 2013-05-08 | 珠海纳思达企业管理有限公司 | Ink nozzle and manufacturing method thereof |
CN103085479B (en) * | 2013-02-04 | 2015-12-23 | 珠海赛纳打印科技股份有限公司 | A kind of ink spray and manufacture method thereof |
JP2014154740A (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Ricoh Co Ltd | Piezoelectric thin film element, piezoelectric actuator, liquid jetting head and droplet discharge device |
CN104249559A (en) * | 2013-06-26 | 2014-12-31 | 珠海纳思达企业管理有限公司 | Liquid injection apparatus and manufacturing method thereof |
JP2020155528A (en) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 株式会社リコー | Electromechanical conversion member, and head, unit and device for fluid discharge |
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