JP2014177043A

JP2014177043A - Liquid droplet discharge head, method of manufacturing liquid droplet discharge head, and image formation apparatus

Info

Publication number: JP2014177043A
Application number: JP2013052776A
Authority: JP
Inventors: Koji Onishi; 晃二大西
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-25

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid droplet discharge head, a method of manufacturing a liquid droplet discharge head, and an image formation apparatus which can define a displacement width of bending of a short-side part of a diaphragm plane on the pressure liquid chamber side precisely to a desired width, and suppress a rise in production cost by decreasing the number of places where high processing precision is necessary and the number of expensive precision processing devices.SOLUTION: Two long-side parts of a diaphragm 25 face a center part of a pressure liquid chamber 26, and are joined to a wall surface of a second partition 27b connecting with a mutually corresponding first partition 27a, respectively. Further, the first partition wall 27a is formed so that the position of a virtual line extending along the wall face of the first partition 27a is farther away from a center part of an ink liquid chamber 26 than the position of a virtual line extending along the wall face of the second partition 27b, which is a joint part to the long-side parts of the diaphragm 25.

Description

本発明は、ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを製造する製造方法、及び液滴吐出ヘッドを搭載して液滴を媒体上に吐出して画像を形成する画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge head that discharges droplets from nozzle holes, a manufacturing method for manufacturing the droplet discharge head, and a droplet discharge head mounted to discharge droplets onto a medium to form an image. The present invention relates to an image forming apparatus.

この種の液滴吐出ヘッドは、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置の記録ヘッドとして用いられる。ここでいう画像形成装置は、記録材上に画像を形成するものであるが、その記録材の材質は紙に限定されるものではなく、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等のあらゆる記録材に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。そして、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を記録材に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を記録材に付与する（単に液滴を吐出する）ことをも意味する。また、液滴として吐出される液体は、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。 This type of droplet discharge head is used as a recording head of an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a plotter. The image forming apparatus here forms an image on a recording material, but the material of the recording material is not limited to paper, and is a thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, It means an apparatus for forming an image by discharging a liquid onto any recording material such as wood or ceramics. Image formation not only applies an image having a meaning such as a character or a figure to a recording material, but also applies an image having no meaning such as a pattern to the recording material (simply ejects a droplet). ) Also means. The liquid ejected as droplets is not limited to so-called ink, and is not particularly limited as long as it becomes liquid when ejected, and includes, for example, DNA samples, resists, pattern materials, and the like. It is.

このような画像形成装置における液滴吐出ヘッドの駆動方式では、現在、圧電素子を用いた電気機械変換方式が主流になっている。この電気機械変換方式の液滴吐出ヘッドでは、加圧液室の天井部分を構成する振動板を介して、圧電素子の振動を加圧液室内の圧力変化に変換させ、加圧液室の底部分を構成するノズル板に設けられたノズル孔から液滴を吐出させる。共通液室に連通する加圧液室の部分以外の周りの内面箇所には隔壁がそれぞれ設けられている。加圧液室において、共通液室と連通している箇所は開放端になっており、この開放端と反対側の箇所は閉塞端になっている。振動板が圧電素子の振動によって厚み方向に撓んだときの加圧液室内の圧力と、撓んでないときの圧力との圧力差（以下撓み圧力差という）は、加圧液室の開放端側より閉塞端側の方が大きい。インクジェット記録装置では、形成する画像の解像度に応じて、ノズル孔からの吐出量の異なるインク液滴、例えば大滴、中滴、小滴を吐出させている。複数の吐出量のインク液滴を吐出する制御は、加圧液室内の圧力変化の範囲の広いほうが行い易い。そのため、ノズル孔は、加圧液室内の上記撓み圧力差が大きい閉塞端側に設けられている。閉塞端側と開放端側とが近いと、閉塞端側の閉塞性が下がって閉塞端側の加圧液室内の上記撓み圧力差が小さくなり、複数の吐出量のインク液滴を吐出する制御が難しくなる。そのため、閉塞端と開放端側とは離しておく必要がある。よって、加圧液室の室内空間形状は略直方体であるものが多く、その加圧液室の室内空間形状に合わせて、１つの加圧液室に対応する振動板部分の形状は長方形になっている。 As a driving method of the droplet discharge head in such an image forming apparatus, an electromechanical conversion method using a piezoelectric element is currently mainstream. In this electromechanical conversion type liquid droplet ejection head, the vibration of the piezoelectric element is converted into a pressure change in the pressure liquid chamber via a vibration plate constituting the ceiling portion of the pressure liquid chamber, and the bottom of the pressure liquid chamber is A droplet is discharged from a nozzle hole provided in a nozzle plate constituting the portion. A partition wall is provided at each of the inner surface portions other than the portion of the pressurized liquid chamber communicating with the common liquid chamber. In the pressurized liquid chamber, a portion communicating with the common liquid chamber is an open end, and a portion opposite to the open end is a closed end. The pressure difference between the pressure in the pressurized liquid chamber when the diaphragm is bent in the thickness direction due to the vibration of the piezoelectric element and the pressure when the diaphragm is not bent (hereinafter referred to as the bending pressure difference) is the open end of the pressurized liquid chamber. The closed end side is larger than the side. In an ink jet recording apparatus, ink droplets, for example, large droplets, medium droplets, and small droplets, having different ejection amounts from nozzle holes are ejected in accordance with the resolution of an image to be formed. Control for ejecting a plurality of ink droplets is easier when the range of pressure change in the pressurized liquid chamber is wider. Therefore, the nozzle hole is provided on the closed end side where the deflection pressure difference in the pressurized liquid chamber is large. When the closed end side and the open end side are close to each other, the closing property on the closed end side is lowered, and the above-described deflection pressure difference in the pressurized liquid chamber on the closed end side is reduced, and control is performed to discharge ink droplets of a plurality of discharge amounts. Becomes difficult. Therefore, it is necessary to keep the closed end and the open end side apart. Therefore, the shape of the interior space of the pressurized fluid chamber is often a substantially rectangular parallelepiped, and the shape of the diaphragm portion corresponding to one pressurized fluid chamber is rectangular according to the interior space shape of the pressurized fluid chamber. ing.

振動板の加圧液室側と反対側の表面には、圧電素子が設けられている。この圧電素子は、下部電極、圧電層及び上部電極から構成され、積層構造で形成されている。圧電素子には、下部電極と上部電極との間に電圧を印加すると、例えば厚み方向に圧電層全体の厚みが増加するものや、厚み方向に圧電層が撓むもの等がある。振動板は、上述したように、加圧液室を形成する各隔壁の厚み方向で、ノズルとの接合部分と反対側の端部とが接合されており、この振動板の隔壁との接合部分では、圧電素子の振動によって生じる振動板の厚み方向の撓みが規制されている。一方、振動板において、共通液室と連通している側の箇所では上記隔壁に相当するような構造体と接合されていない。このため、振動板における共通液室側の厚み方向の撓みは規制されていない。振動板が厚み方向に撓む部分は、各隔壁との接合部分以外の部分になる。 A piezoelectric element is provided on the surface of the diaphragm opposite to the pressurized liquid chamber side. This piezoelectric element includes a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode, and is formed in a laminated structure. In some piezoelectric elements, when a voltage is applied between a lower electrode and an upper electrode, for example, the thickness of the entire piezoelectric layer increases in the thickness direction, and the piezoelectric layer bends in the thickness direction. As described above, the diaphragm is joined to the nozzle and the opposite end in the thickness direction of each partition that forms the pressurized liquid chamber, and this diaphragm is joined to the partition. Then, the bending in the thickness direction of the diaphragm caused by the vibration of the piezoelectric element is restricted. On the other hand, the vibration plate is not joined to a structure corresponding to the partition wall at a portion communicating with the common liquid chamber. For this reason, the bending in the thickness direction on the common liquid chamber side in the diaphragm is not restricted. A portion where the diaphragm is bent in the thickness direction is a portion other than a joint portion with each partition wall.

この振動板の厚み方向の撓み部分において、振動板の厚み方向の撓みにおける変位量の最も大きい箇所は、短手方向の中央、かつ長手方向の中央である箇所から、閉塞端側に寄った箇所である。この箇所を通る振動板の短辺幅と長辺幅とにおいて、振動板の厚み方向の撓みにおける変位量にバラツキが生じたとき、このバラツキの影響は、短辺幅のほうが長辺幅のほうより大きい。ところで、液滴吐出ヘッドの吐出特性を安定させるためには、液滴吐出ヘッドにおけるノズル孔から吐出される液滴の吐出量を所望の量にしなければならない。このため、加圧液室内の閉塞端側の上記撓み圧力差が所望の圧力差になっていることが重要である。この加圧液室内の上記撓み圧力差が所望の圧力差にならない要因の一つに、上記の振動板の短辺幅のバラツキが挙げられる。よって、振動板の短辺幅を所望の幅に規定できる構造にする必要がある。 In the bending portion in the thickness direction of the diaphragm, the location where the displacement amount in the bending in the thickness direction of the diaphragm is the largest is the location near the closed end side from the location in the center in the short direction and the center in the longitudinal direction. It is. When there is variation in the amount of displacement in the deflection in the thickness direction of the diaphragm in the short side width and long side width of the diaphragm passing through this location, the effect of this variation is that the short side width is the longer side width. Greater than. By the way, in order to stabilize the discharge characteristics of the droplet discharge head, the discharge amount of the droplet discharged from the nozzle hole in the droplet discharge head must be set to a desired amount. For this reason, it is important that the deflection pressure difference on the closed end side in the pressurized liquid chamber is a desired pressure difference. One of the factors that cause the difference in the bending pressure in the pressurized liquid chamber not to be a desired pressure difference is variation in the short side width of the diaphragm. Therefore, it is necessary to have a structure that can define the short side width of the diaphragm to a desired width.

振動板の短辺幅を所望の幅に規定できる構造を備えた液滴吐出ヘッドとして、特許文献１に記載されているものが知られている。この特許文献１の液滴吐出ヘッドでは、ノズル孔に連通し、かつ基板をエッチングして形成した加圧液室、該加圧液室を区画する隔壁、振動板及びノズル板を備えている。隔壁の厚み方向における一方の端部にはノズル板が接合され、他方の端部には振動板が接合される。その振動板の長方形の長手方向に延びる隔壁との接合箇所では、振動板の短辺幅における厚み方向の撓みを規制している。そして、振動板の隔壁との接合箇所と反対側の振動板の面には、振動板の隔壁との接合箇所に対応する箇所に積層膜が形成されている。この積層膜は、振動板の短手方向において、隔壁の加圧液室側の端面を越えて加圧液室上に至る箇所まで形成されている。これにより、振動板の隔壁との接合によらず、積層膜の剛性によって振動板の短辺幅を規制している。よって、加圧液室における振動板が短手方向における厚み方向の所望の撓みを行うことによって、ノズル孔から所望の吐出量の液滴を吐出することができる。 As a liquid droplet ejection head having a structure capable of defining a short side width of a diaphragm to a desired width, one described in Patent Document 1 is known. The droplet discharge head of Patent Document 1 includes a pressurized liquid chamber that is communicated with a nozzle hole and formed by etching a substrate, a partition that partitions the pressurized liquid chamber, a diaphragm, and a nozzle plate. A nozzle plate is joined to one end in the thickness direction of the partition, and a diaphragm is joined to the other end. At the junction between the diaphragm and the rectangular partition wall extending in the longitudinal direction, bending in the thickness direction at the short side width of the diaphragm is restricted. A laminated film is formed on the surface of the diaphragm opposite to the junction with the diaphragm of the diaphragm at a position corresponding to the junction with the diaphragm of the diaphragm. This laminated film is formed in a short direction of the vibration plate up to a portion reaching the pressure liquid chamber beyond the end surface of the partition wall on the pressure liquid chamber side. As a result, the short side width of the diaphragm is regulated by the rigidity of the laminated film regardless of the bonding of the diaphragm with the partition wall. Therefore, the diaphragm in the pressurized liquid chamber performs a desired deflection in the thickness direction in the short side direction, whereby a desired discharge amount of liquid droplets can be discharged from the nozzle hole.

しかしながら、上記特許文献１の液滴吐出ヘッドでは、振動板の一方の面に積層膜を所定の範囲に形成した後に、積層膜の形成範囲を基準にして、振動板の他方の面に接合された基板をエッチングして加圧液室を形成している。このため、上記の振動板の短辺幅のバラツキがないようにするには、積層膜の形成範囲の精度及び加圧液室の加工の精度が共に要求される。いずれかの精度が落ちただけで、振動板の加圧液室側の面における短辺部分の撓みの変位幅が所望の幅にならず、不良品の数を増やしてしまう。不良品の数を減らし歩留まりを上げるためには、積層膜の形成及び加圧液室の加工において高価な精密加工装置がそれぞれ必要になり、生産コストが上昇する虞がある。 However, in the droplet discharge head described in Patent Document 1, after a laminated film is formed on one surface of the diaphragm within a predetermined range, the laminated film is bonded to the other surface of the diaphragm based on the formation range of the laminated film. The pressurized liquid chamber is formed by etching the substrate. For this reason, both the accuracy of the formation range of the laminated film and the accuracy of processing of the pressurized liquid chamber are required in order to avoid variations in the short side width of the diaphragm. If only one of the accuracy drops, the displacement width of the deflection of the short side portion on the surface of the diaphragm on the pressurized liquid chamber side does not become a desired width, and the number of defective products increases. In order to reduce the number of defective products and increase the yield, expensive precision processing apparatuses are required for the formation of the laminated film and the processing of the pressurized liquid chamber, respectively, which may increase the production cost.

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は以下のとおりである。振動板の加圧液室側の面における短辺部分の撓みの変位幅を所望の幅に精度良く規定でき、しかも高い加工精度が必要になる箇所の数を減らせ、高価な精密加工装置の数を減らして生産コストの上昇を抑制できる、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法及び画像形成装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and the objects thereof are as follows. It is possible to accurately define the displacement width of the deflection of the short side part on the pressurized liquid chamber side surface of the diaphragm to the desired width, and reduce the number of parts that require high machining accuracy, and the number of expensive precision machining equipment It is an object to provide a droplet discharge head, a method for manufacturing the droplet discharge head, and an image forming apparatus that can suppress an increase in production cost by reducing the production cost.

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液滴を吐出するノズル孔を有するノズル板と、前記ノズル孔と連通するとともに室内空間形状が略直方体である加圧液室と、前記加圧液室の一部を構成し、かつ面形状が略長方形である振動板と、該振動板における前記加圧液室とは反対側の面上に形成され、前記振動板に振動を付与して前記加圧液室に圧力変化を発生させる圧電素子とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の２つの長辺部分が、前記加圧液室の中央部分に向き、かつ互いに対向する前記隔壁の壁面に、それぞれ接合されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a nozzle plate having nozzle holes for discharging droplets, a pressurized liquid chamber that communicates with the nozzle holes and has a substantially rectangular parallelepiped space shape, A diaphragm that forms part of the pressurized liquid chamber and has a substantially rectangular surface shape, and is formed on the surface of the diaphragm opposite to the pressurized liquid chamber to impart vibration to the diaphragm. Then, in the liquid droplet ejection head provided with the piezoelectric element that generates a pressure change in the pressurized liquid chamber, the two long side portions of the vibration plate face the central portion of the pressurized liquid chamber and face each other. The wall surfaces of the partition walls are joined to each other.

本発明では、加圧液室の中央部分に向き、かつ互いに対向する隔壁における壁面の振動板の長辺部分との接合部分で、振動板の短手方向における厚み方向の変位を規制している。隔壁における壁面と振動板の長辺部分との接合部分から離れていくほど、振動板の短手方向における厚み方向の変位を規制する力は弱まっていく。このため、振動板の短手方向における変位幅は、対向し合う隔壁における壁面の振動板との接合部分の間隔に相当する。この間隔の精度を高めるには、隔壁形成のエッチングの加工精度のみを高めればよい。これにより、振動板の短手方向における変位幅を所望の幅に精度良く規定でき、しかも従来に比べて高い加工精度が必要になる箇所の数を減らせ、不良品の数を減らすことができ歩留まりを向上させることができる。よって、高価な精密加工装置を減らすことができ、生産コストの上昇を抑制できる、という特有な効果が得られる。 In the present invention, the displacement in the thickness direction in the short direction of the diaphragm is regulated at the joint portion of the partition wall facing the central portion of the pressurized liquid chamber and the long side portion of the diaphragm on the wall surface facing each other. . The further away from the junction between the wall surface of the partition wall and the long side portion of the diaphragm, the weaker the force that regulates the displacement in the thickness direction in the short direction of the diaphragm. For this reason, the displacement width | variety in the transversal direction of a diaphragm is equivalent to the space | interval of the junction part with the diaphragm of the wall surface in the opposing partition. In order to increase the accuracy of the interval, it is only necessary to increase the processing accuracy of the etching for forming the partition wall. As a result, the displacement width in the short direction of the diaphragm can be accurately defined to a desired width, and the number of locations that require higher machining accuracy than conventional ones can be reduced, and the number of defective products can be reduced. Can be improved. Therefore, it is possible to reduce the number of expensive precision processing apparatuses and obtain a unique effect that an increase in production cost can be suppressed.

インクジェット記録装置の機構部の概要を示す側面図である。It is a side view which shows the outline | summary of the mechanism part of an inkjet recording device. インクジェット記録装置の機構部の概要を示す要部平面図である。It is a principal part top view which shows the outline | summary of the mechanism part of an inkjet recording device. 本実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the inkjet head which concerns on this embodiment. 本実施形態のインクジェットヘッドの断面図である。It is sectional drawing of the inkjet head of this embodiment. 本実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing process of the inkjet head of this embodiment. 本実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing process of the inkjet head of this embodiment. 本実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing process of the inkjet head of this embodiment. 本実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing process of the inkjet head of this embodiment. 本実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing process of the inkjet head of this embodiment. 本実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing process of the inkjet head of this embodiment.

以下、本実施形態の画像形成装置の一例であるインクジェット記録装置の機構部について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１はインクジェット記録装置の機構部の概要を示す側面図、図２は同じく要部平面図である。 Hereinafter, a mechanism part of an ink jet recording apparatus which is an example of the image forming apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a side view showing an outline of a mechanism part of the ink jet recording apparatus, and FIG. 2 is a plan view of the main part.

インクジェット記録装置１００の機構部において、フレーム１２１を構成する左右の側板１２１Ａ、１２１Ｂに横架したガイド部材であるガイドロッド１３１とステー１３２とでキャリッジ１３３を主走査方向に摺動自在に保持している。そして、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図２で矢示方向である双方向のキャリッジ主走査方向に移動走査する。 In the mechanism part of the inkjet recording apparatus 100, the carriage 133 is slidably held in the main scanning direction by a guide rod 131 and a stay 132 which are guide members horizontally mounted on the left and right side plates 121A and 121B constituting the frame 121. Yes. Then, the main scanning motor (not shown) moves and scans in the bidirectional carriage main scanning direction, which is the direction indicated by the arrow in FIG. 2, via the timing belt.

キャリッジ１３３には、液滴吐出ヘッド１３４が主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。液滴吐出ヘッド１３４は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッド１３４ａ〜１３４ｄとからなる。なお、各色のインク液滴を吐出するノズル列を有する１又は複数のヘッド構成などを採用することもできる。ここで、液滴吐出ヘッド１３４を構成するインクジェットヘッドは、圧電素子などの圧電アクチュエータの加圧液室での圧力を発生する圧力発生手段を備えている。 On the carriage 133, droplet discharge heads 134 are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and are mounted with the ink droplet discharge direction facing downward. The droplet discharge head 134 includes four droplet discharge heads 134a to 134d that discharge ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K). It is also possible to employ one or a plurality of head configurations having nozzle rows that eject ink droplets of each color. Here, the ink jet head constituting the droplet discharge head 134 includes pressure generating means for generating pressure in a pressurized liquid chamber of a piezoelectric actuator such as a piezoelectric element.

また、キャリッジ１３３には、各液滴吐出ヘッド１３４ａ〜１３４ｄに各色のインクを供給するためのヘッドタンク１３５ａ〜１３５ｄを搭載している。各ヘッドタンク１３５ａ〜１３５ｄには各色のインクを送液する可撓性のインク供給チューブ１３６を介してカートリッジ装填部１０４に装着された各色のインクカートリッジ１１０ｙ，１１０ｍ，１１０ｃ，１１０ｋから各色のインクが充填供給される。なお、このカートリッジ装填部１０４にはインクカートリッジ１１０内のインクを送液するための供給ポンプユニット１２４が設けられ、またインク供給チューブ１３６は這い回しの途中でフレーム１２１を構成する後板１２１Ｃに係止部材１２５にて保持されている。供給ポンプユニット１２４は逆方向に送液（逆転送液）することもできる。 Further, the carriage 133 is equipped with head tanks 135a to 135d for supplying ink of each color to the respective droplet discharge heads 134a to 134d. Each head tank 135a to 135d receives ink of each color from each color ink cartridge 110y, 110m, 110c, 110k mounted on the cartridge loading unit 104 via a flexible ink supply tube 136 for feeding each color ink. Filled and supplied. The cartridge loading section 104 is provided with a supply pump unit 124 for feeding ink in the ink cartridge 110, and the ink supply tube 136 is engaged with the rear plate 121C constituting the frame 121 in the middle of turning. It is held by a stop member 125. The supply pump unit 124 can also send liquid in the reverse direction (reverse transfer liquid).

一方、図１の給紙トレイ１０２の用紙積載部（圧板）１４１上に積載した用紙１４２を給紙するための給紙部は、分離パッド１４４を備えている。この分離パッド１４４は、摩擦係数の大きな材質からなる。そして、用紙積載部１４１から用紙１４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）１４３及び給紙コロ１４３に対向する。この分離パッド１４４は給紙コロ１４３側に付勢されている。 On the other hand, the sheet feeding unit for feeding the sheets 142 stacked on the sheet stacking unit (pressure plate) 141 of the sheet feeding tray 102 of FIG. 1 includes a separation pad 144. The separation pad 144 is made of a material having a large friction coefficient. Then, it opposes the half-moon roller (sheet feeding roller) 143 and the sheet feeding roller 143 that separate and feed the sheets 142 from the sheet stacking unit 141 one by one. The separation pad 144 is biased toward the paper feed roller 143 side.

そして、この給紙部から給紙された用紙１４２を液滴吐出ヘッド１３４の下方側に送り込むために、用紙を案内するガイド部材１４５、カウンタローラ１４６、搬送ガイド部材１４７及び押さえ部材１４８を備えている。押さえ部材１４８は先端加圧コロ１４９を有する。更に、給送された用紙１４２を静電吸着して液滴吐出ヘッド１３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト１５１を備えている。 A guide member 145 for guiding the paper, a counter roller 146, a transport guide member 147, and a pressing member 148 are provided to feed the paper 142 fed from the paper feed unit to the lower side of the droplet discharge head 134. Yes. The pressing member 148 has a tip pressing roller 149. Further, a transport belt 151 is provided as a transport unit for electrostatically attracting the fed paper sheet 142 and transporting it at a position facing the droplet discharge head 134.

この搬送ベルト１５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１５２とテンションローラ１５３との間に掛け渡されて、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。また、この搬送ベルト１５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１５６を備えている。この帯電ローラ１５６は、搬送ベルト１５１の表層に接触し、搬送ベルト１５１の回動に従動して回転するように配置されている。更に、搬送ベルト１５１の裏側には、液滴吐出ヘッド１３４による印写領域に対応してガイド部材１５７が配置されている。 The conveyor belt 151 is an endless belt, and is configured to wrap around the conveyor roller 152 and the tension roller 153 and circulate in the belt conveyance direction (sub-scanning direction). Further, a charging roller 156 that is a charging unit for charging the surface of the transport belt 151 is provided. The charging roller 156 is disposed so as to come into contact with the surface layer of the conveyor belt 151 and to rotate following the rotation of the conveyor belt 151. Further, a guide member 157 is disposed on the back side of the conveyance belt 151 so as to correspond to a printing area by the droplet discharge head 134.

この搬送ベルト１５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ１５２が回転駆動されることによって図２のベルト搬送方向に周回移動する。 The transport belt 151 rotates in the belt transport direction of FIG. 2 when the transport roller 152 is rotationally driven through timing by a sub-scanning motor (not shown).

更に、液滴吐出ヘッド１３４で記録された用紙１４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１５１から用紙１４２を分離するための分離爪１６１と、排紙ローラ１６２及び排紙コロ１６３とを備え、排紙ローラ１６２の下方に排紙トレイ１０３を備えている。 Further, as a paper discharge unit for discharging the paper 142 recorded by the droplet discharge head 134, a separation claw 161 for separating the paper 142 from the transport belt 151, a paper discharge roller 162, and a paper discharge roller 163, And a paper discharge tray 103 below the paper discharge roller 162.

また、装置本体１０１の背面部には両面ユニット１７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット１７１は搬送ベルト１５１の逆方向回転で戻される用紙１４２を取り込んで反転させてカウンタローラ１４６と搬送ベルト１５１との間に再度給紙する。また、この両面ユニット１７１の上面は手差しトレイ１７２としている。 A double-sided unit 171 is detachably attached to the back surface of the apparatus main body 101. The duplex unit 171 takes in the paper 142 returned by the reverse rotation of the transport belt 151, reverses it, and feeds the paper again between the counter roller 146 and the transport belt 151. The upper surface of the duplex unit 171 is a manual feed tray 172.

更に、図２に示すように、キャリッジ１３３の走査方向一方側の非印字領域には、液滴吐出ヘッド１３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構１８１を配置している。 Further, as shown in FIG. 2, a maintenance / recovery mechanism 181 including a recovery means for maintaining and recovering the nozzle state of the droplet discharge head 134 is arranged in the non-printing area on one side of the carriage 133 in the scanning direction. doing.

この維持回復機構１８１には、液滴吐出ヘッド１３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）１８２ａ〜１８２ｄ（区別しないときは「キャップ１８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け１８４などを備えている。ここでは、キャップ１８２ａを吸引及び保湿用キャップとし、他のキャップ１８２ｂ〜１８２ｄは保湿用キャップとしている。 The maintenance / recovery mechanism 181 includes cap members (hereinafter referred to as “caps”) 182a to 182d (hereinafter referred to as “caps 182” when not distinguished) for capping each nozzle surface of the droplet discharge head 134. A wiper blade 183 that is a blade member for wiping the nozzle surface, an empty discharge receiver 184 that receives droplets when performing an empty discharge that discharges droplets that do not contribute to recording in order to discharge the thickened recording liquid, and the like It has. Here, the cap 182a is a suction and moisture retention cap, and the other caps 182b to 182d are moisture retention caps.

そして、この維持回復機構１８１による維持回復動作で生じる記録液の廃液、キャップ１８２に排出されたインクは、図示しない廃液タンクに排出されて収容される。あるいは、ワイパーブレード１８３に付着してワイパークリーナ１８５で除去されたインク、空吐出受け１８４に空吐出されたインクも、図示しない廃液タンクに排出されて収容される。 The waste liquid of the recording liquid generated by the maintenance / recovery operation by the maintenance / recovery mechanism 181 and the ink discharged to the cap 182 are discharged and stored in a waste liquid tank (not shown). Alternatively, the ink that adheres to the wiper blade 183 and is removed by the wiper cleaner 185 and the ink that is idly ejected to the idle ejection receptacle 184 are also discharged and stored in a waste liquid tank (not shown).

また、図２に示すように、キャリッジ１３３の走査方向他方側の非印字領域には、空吐出受け１８８を配置している。この空吐出受け１８８は、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受けるものである。この空吐出受け１８８には液滴吐出ヘッド１３４のノズル列方向に沿った開口１８９などを備えている。 Further, as shown in FIG. 2, an idle discharge receiver 188 is disposed in a non-printing area on the other side in the scanning direction of the carriage 133. The idle discharge receiver 188 receives droplets when performing idle discharge in which droplets that do not contribute to recording are discharged in order to discharge the recording liquid having increased viscosity during recording. The idle discharge receptacle 188 is provided with an opening 189 along the nozzle row direction of the droplet discharge head 134.

このように構成した本実施形態のインクジェット記録装置においては、給紙トレイ１０２から用紙１４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１４２はガイド部材１４５で案内される。そして、搬送ベルト１５１とカウンタローラ１４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド部材１４７で案内されて先端加圧コロ１４９で搬送ベルト１５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。 In the ink jet recording apparatus of the present embodiment configured as described above, the sheets 142 are separated and fed one by one from the sheet feeding tray 102, and the sheet 142 fed substantially vertically upward is guided by the guide member 145. Then, the paper is sandwiched and transported between the transport belt 151 and the counter roller 146, and further, the front end is guided by the transport guide member 147 and pressed against the transport belt 151 by the front end pressure roller 149, and the transport direction is changed by approximately 90 °. Is done.

このとき、後述する制御部のＡＣバイアス供給部から帯電ローラ１５６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る。搬送ベルト１５１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１５１上に用紙１４２が給送されると、用紙１４２が搬送ベルト１５１に吸着され、搬送ベルト１５１の周回移動によって用紙１４２が副走査方向に搬送される。 At this time, a positive output and a negative output are alternately applied to the charging roller 156 from an AC bias supply unit of the control unit described later, that is, an alternating voltage is applied. In the charging voltage pattern in which the conveyor belt 151 alternates, that is, in the sub-scanning direction that is the circumferential direction, plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width. When the sheet 142 is fed onto the conveying belt 151 that is alternately charged with plus and minus, the sheet 142 is attracted to the conveying belt 151, and the sheet 142 is conveyed in the sub-scanning direction by the circumferential movement of the conveying belt 151.

そこで、リニアエンコーダ１３７による主走査位置情報に基づいてキャリッジ１３３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド１３４を駆動する。これにより、停止している用紙１４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１４２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１４２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１４２を排紙トレイ１０３に排紙する。 Therefore, the droplet discharge head 134 is driven according to the image signal while moving the carriage 133 in the main scanning direction based on the main scanning position information by the linear encoder 137. As a result, ink droplets are ejected onto the stopped sheet 142 to record one line, and after the sheet 142 is conveyed by a predetermined amount, the next line is recorded. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the sheet 142 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 142 is discharged onto the discharge tray 103.

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１３３は維持回復機構１８１側に移動されて、キャップ１８２で液滴吐出ヘッド１３４がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ１８２で液滴吐出ヘッド１３４をキャッピングした状態で図示しない吸引ポンプによってノズルから記録液を吸引（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行う。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、液滴吐出ヘッド１３４の安定した吐出性能を維持する。 During printing (recording) standby, the carriage 133 is moved to the maintenance / recovery mechanism 181 side, and the droplet discharge head 134 is capped by the cap 182 to keep the nozzles in a wet state, thereby preventing discharge failure due to ink drying. To prevent. In addition, with the cap 182 capping the droplet discharge head 134, the recording liquid is sucked from the nozzle by a suction pump (not shown) (referred to as "nozzle suction" or "head suction"), and the thickened recording liquid and bubbles are discharged. Perform recovery action. In addition, an idle ejection operation for ejecting ink not related to recording is performed before the start of recording or during recording. Thereby, the stable ejection performance of the droplet ejection head 134 is maintained.

次に、本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用した実施形態について説明する。
図３は本実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す分解斜視図である。図４は本実施形態のインクジェットヘッドの断面図である。 Next, an embodiment in which the droplet discharge head of the present invention is applied to an inkjet head will be described.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the inkjet head according to the present embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of the ink jet head of this embodiment.

図３及び図４に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド１は、サブフレーム基板（保持基板）１０とアクチュエータ基板２０とを接着剤によってそれぞれ接合して形成される。サブフレーム基板１０はシリコン基板を用いたものである。そして、サブフレーム基板１０には、アクチュエータ基板２０との接合面側に、アクチュエータ保護キャビティ１１、サブフレーム接合面１２が形成される。これら以外にも外部よりインクを供給するためのインク供給孔、外部への電気配線の取り回し用開口、あるいはアクチュエータ基板２０とのアライメント用マーク等が形成される。アクチュエータ基板２０はシリコン基板を用いたものである。 As shown in FIGS. 3 and 4, the inkjet head 1 of the present embodiment is formed by bonding a subframe substrate (holding substrate) 10 and an actuator substrate 20 with an adhesive. The subframe substrate 10 uses a silicon substrate. An actuator protection cavity 11 and a subframe bonding surface 12 are formed on the subframe substrate 10 on the bonding surface side with the actuator substrate 20. In addition to these, an ink supply hole for supplying ink from the outside, an opening for routing the electric wiring to the outside, an alignment mark with the actuator substrate 20, and the like are formed. The actuator substrate 20 uses a silicon substrate.

アクチュエータ基板２０の一方の面には、下部電極層、圧電層及び上部電極層から成る圧電素子２１が形成されている。圧電素子２１の上部電極層の上には、層間絶縁膜２２、外部駆動回路からの信号を伝達するためのメタル配線２３、及びメタル配線２３を保護するためのパッシベーション保護膜２４が形成される。アクチュエータ基板２０の他方の面には、振動板２５、加圧液室であるインク液室２６及び隔壁２７が形成される。振動板２５は、インク液室２６に圧力変化を付与する変位する振動部２５ａと、この振動部２５ａを短辺方向の両端支持梁で支持する支持部２５ｂとを含んで構成されている。隔壁２７は、インク液室２６を区画している第１隔壁２７ａと、第１隔壁２７ａに連続し、かつ振動板２５の振動部２５ａにおける長辺部分の両端が接合される壁面を有する第２隔壁２７ｂとを備えている。ノズル基板３０はプレス加工あるいはＮｉ電鋳工法等によって形成されたノズル孔３１が配列されており、隔壁２７における第１隔壁２７ａの下端部の面と接着剤（不図示）によって接合される。 A piezoelectric element 21 including a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer is formed on one surface of the actuator substrate 20. On the upper electrode layer of the piezoelectric element 21, an interlayer insulating film 22, a metal wiring 23 for transmitting a signal from an external drive circuit, and a passivation protective film 24 for protecting the metal wiring 23 are formed. On the other surface of the actuator substrate 20, a vibration plate 25, an ink liquid chamber 26 that is a pressurized liquid chamber, and a partition wall 27 are formed. The vibration plate 25 includes a vibrating portion 25a that displaces a pressure change to the ink liquid chamber 26, and a support portion 25b that supports the vibrating portion 25a with both-end support beams in the short side direction. The partition wall 27 includes a first partition wall 27 a that partitions the ink liquid chamber 26, and a second wall surface that is continuous with the first partition wall 27 a and has both ends joined at both ends of the long side portion of the vibration portion 25 a of the vibration plate 25. And a partition wall 27b. Nozzle holes 31 formed by pressing or Ni electroforming are arranged on the nozzle substrate 30 and are bonded to the lower end surface of the first partition wall 27a of the partition wall 27 by an adhesive (not shown).

このような構成を有するインクジェットヘッド１では、外部の駆動回路（不図示）より入力された電気信号がメタル配線２３を介して、圧電素子２１に供給される。そして、対応する圧電素子２１が変形し、それによって振動板２５が変位する。これにより、インク液室２６内の圧力を変化させることで、ノズル孔３１より所望のインク滴を吐出させるものである。ここでインク滴を安定して吐出させるためには、圧電素子２１の変位特性を安定にする以外に、圧電素子２１の変形を安定させて振動板２５に安定な変位をもたらすことが重要である。そして、振動板２５が変位可能な領域、つまりインク液室２６の短辺方向における振動板の変位幅において加工寸法をいかに正確に規定するかが重要となる。 In the inkjet head 1 having such a configuration, an electrical signal input from an external drive circuit (not shown) is supplied to the piezoelectric element 21 via the metal wiring 23. Then, the corresponding piezoelectric element 21 is deformed, and thereby the diaphragm 25 is displaced. Accordingly, a desired ink droplet is ejected from the nozzle hole 31 by changing the pressure in the ink liquid chamber 26. Here, in order to stably eject ink droplets, it is important to stabilize the deformation of the piezoelectric element 21 and bring the diaphragm 25 to a stable displacement, in addition to stabilizing the displacement characteristics of the piezoelectric element 21. . It is important how to accurately define the machining dimension in the region in which the diaphragm 25 can be displaced, that is, the displacement width of the diaphragm in the short side direction of the ink liquid chamber 26.

本実施形態では、振動板２５の短手方向の変位幅を規定するために、アクチュエータ基板２０に凹部及び凸部を予め形成する。そして、その形成された凹部を形成する第２隔壁２７ｂの長辺部分の壁面に、振動板２５の振動部２５ａの両端が両持ち梁で接合され、振動板２５が形成されている。これによって、振動板２５の短手方向の変位幅はアクチュエータ基板２０に形成された凹部及び凸部の加工精度によってのみ規定されることになる。これにより、１つの加工精度を高めるだけでよいので、振動板の変位幅の大きさにバラツキが生じにくい。また、インク液室２６を区画する第１隔壁２７ａの短辺方向の幅Ｗ１は第２隔壁２７ｂの短辺方向の幅Ｗ２よりも小さくなるように形成される。これにより、振動板２５の短手方向の変位幅に及ぼす影響はない。 In the present embodiment, a concave portion and a convex portion are formed in advance on the actuator substrate 20 in order to define the displacement width of the diaphragm 25 in the short direction. And the both ends of the vibration part 25a of the diaphragm 25 are joined to the wall surface of the long side part of the 2nd partition wall 27b which forms the formed recessed part by the cantilever beam, and the diaphragm 25 is formed. As a result, the displacement width in the short direction of the diaphragm 25 is defined only by the processing accuracy of the concave and convex portions formed in the actuator substrate 20. As a result, it is only necessary to increase one processing accuracy, and thus the variation in the displacement width of the diaphragm is less likely to occur. The width W1 in the short side direction of the first partition wall 27a that partitions the ink liquid chamber 26 is formed to be smaller than the width W2 in the short side direction of the second partition wall 27b. Thereby, there is no influence on the displacement width of the diaphragm 25 in the short direction.

次に、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
図５〜図１０は、本実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す工程断面図である。
はじめに、図５（ａ）に示すように、アクチュエータ基板３００上に凹部及び凸部の凹凸パターンを形成するためのレジストパターン３０１を形成する。ここでアクチュエータ基板３００は、結晶方位＜１００＞の６２５［μｍ］厚のシリコンウェハを用いている。次に、図５（ｂ）に示すように、シリコンエッチングによって凹部３０２を形成する。凹部３０２のエッチング深さは、後工程で形成される圧電素子、層間絶縁膜、メタル配線の各厚みの総和より深く形成しておく必要がある。ここでは凹部３０２の深さは、約５０［μｍ］として形成している。そして、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン３０１を剥離し、剥離された後のアクチュエータ基板３００の一部が凸部３０３となる。次に、図５（ｄ）に示すように、凹部３０２及び凸部３０３が形成されたアクチュエータ基板３００に振動板３０４を形成する。振動板３０４は、熱酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜を熱酸化法及び化学蒸着法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）によって形成された積層構成を有している。凸部３０３を挟んで形成された振動板３０４が、凸部３０３の壁面及び上端部を介して互いにつながっている。これにより、後述する振動板３０４上に設けられる圧電素子３０５等に対する振動板３０４の強度が高くなる。 Next, a method for manufacturing the ink jet head of this embodiment will be described.
5 to 10 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the ink jet head of this embodiment.
First, as shown in FIG. 5A, a resist pattern 301 is formed on the actuator substrate 300 to form a concave / convex pattern of concave and convex portions. Here, the actuator substrate 300 is a silicon wafer having a crystal orientation <100> and a thickness of 625 [μm]. Next, as shown in FIG. 5B, a recess 302 is formed by silicon etching. The etching depth of the recess 302 needs to be deeper than the sum of the thicknesses of the piezoelectric element, the interlayer insulating film, and the metal wiring formed in a later process. Here, the depth of the recess 302 is set to about 50 [μm]. Then, as shown in FIG. 5C, the resist pattern 301 is peeled off, and a part of the actuator substrate 300 after the peeling is a convex portion 303. Next, as shown in FIG. 5D, the diaphragm 304 is formed on the actuator substrate 300 on which the concave portion 302 and the convex portion 303 are formed. The diaphragm 304 has a laminated structure in which a thermal oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a polysilicon film are formed by a thermal oxidation method and a chemical vapor deposition (CVD) method. The diaphragms 304 formed with the convex portion 303 interposed therebetween are connected to each other via the wall surface and the upper end portion of the convex portion 303. Thereby, the strength of the diaphragm 304 with respect to a piezoelectric element 305 or the like provided on the diaphragm 304 described later is increased.

次に、図６（ａ）に示すように、少なくとも、振動板３０４上に圧電素子３０５を形成する。圧電素子３０５は、下部電極層としてＴｉ膜、Ｐｔ膜又はＳＲＯ膜、圧電層としてＰＺＴ膜、さらに上部電極層としてＳＲＯ膜又はＰｔ膜が、順次形成されている。各電極層はスパッタ法によって形成され、圧電層はスピンコート及び焼成によって形成されている。次いで、図６の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、凹部内にのみ圧電素子３０５を残す形で所望のレジストパターン３０６を形成し、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程によって、凹部３０２内にのみに所望のパターンの圧電素子３０５を形成する。 Next, as shown in FIG. 6A, at least the piezoelectric element 305 is formed on the vibration plate 304. In the piezoelectric element 305, a Ti film, a Pt film, or an SRO film as a lower electrode layer, a PZT film as a piezoelectric layer, and an SRO film or a Pt film as an upper electrode layer are sequentially formed. Each electrode layer is formed by sputtering, and the piezoelectric layer is formed by spin coating and baking. Next, as shown in FIGS. 6B, 6C, and 6D, a desired resist pattern 306 is formed so as to leave the piezoelectric element 305 only in the recess, and the recess is formed by a photolithography process or an etching process. A piezoelectric element 305 having a desired pattern is formed only in the region 302.

次に、図７（ａ）に示すように、圧電素子３０５上には、層間絶縁膜３０７が形成される。層間絶縁膜３０７は下地層としてＡｌ_２Ｏ_３膜、上層にシリコン酸化膜を用いている。そして、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、予め形成されたレジストパターン３０８をフォトリソグラフィ工程やエッチング工程によって剥離して、層間絶縁膜３０７の所望のパターンを形成する。図７では凸部３０３上の層間絶縁膜３０７を取り除いているが、凸部３０３上に残すことでも差し支えがない。また、図７（ｄ）に示すメタル配線３０９が各電極層に電気的に接続する部分（不図示）ではコンタクトホールとして、層間絶縁膜３０７が取り除かれている。そして、図７（ｄ）に示すように、メタル配線３０９を形成する。メタル配線３０９は下地層としてＴｉＮ膜、上層にＡＬ膜を用いている。 Next, as shown in FIG. 7A, an interlayer insulating film 307 is formed on the piezoelectric element 305. The interlayer insulating film 307 uses an Al ₂ O ₃ film as a base layer and a silicon oxide film as an upper layer. Then, as shown in FIGS. 7B and 7C, the resist pattern 308 formed in advance is peeled off by a photolithography process or an etching process, and a desired pattern of the interlayer insulating film 307 is formed. Although the interlayer insulating film 307 on the convex portion 303 is removed in FIG. 7, it may be left on the convex portion 303. Further, in a portion (not shown) where the metal wiring 309 shown in FIG. 7D is electrically connected to each electrode layer, the interlayer insulating film 307 is removed as a contact hole. Then, as shown in FIG. 7D, a metal wiring 309 is formed. The metal wiring 309 uses a TiN film as a base layer and an AL film as an upper layer.

次に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、レジストパターン３１０を形成し、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程によって、所望のパターンのメタル配線３０９を形成する。次に、図８（ｃ）に示すように、パッシベーション保護膜３１１を形成する。パッシベーション保護膜３１１にはシリコン窒化膜が用いられている。 Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, a resist pattern 310 is formed, and a metal wiring 309 having a desired pattern is formed by a photolithography process or an etching process. Next, as shown in FIG. 8C, a passivation protective film 311 is formed. A silicon nitride film is used for the passivation protection film 311.

次に、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、レジストパターン３１２を形成し、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程によって、所望のパターンのパッシベーション保護膜３１１を形成する。ここで、凹部３０２の深さに関して、凹部３０２の深さは圧電素子等のアクチュエータ部を形成するための各膜の総膜厚以上としている。本実施形態では、各電極層が約２［μｍ］、層間絶縁膜が約１［μｍ］、メタル配線が約３［μｍ］、パッシベーション保護膜が約１［μｍ］とし、総膜厚が約７［μｍ］で形成している。それに対して凹部３０２の深さはアクチュエータ部の保護スペースを考慮して約５０［μｍ］で形成している。図９（ｃ）に示すように、圧電素子３０５が形成された反対面側のアクチュエータ基板３００を図中点線で示すように研磨してインク液室を形成する。先ず、インク液室の所望の高さとするために、バックグラインド及びポリッシュ加工等の研磨加工によってインク液室の高さを形成する。本実施形態では、インク液室の高さは約７５［μｍ］としている。 Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, a resist pattern 312 is formed, and a passivation protective film 311 having a desired pattern is formed by a photolithography process or an etching process. Here, regarding the depth of the concave portion 302, the depth of the concave portion 302 is set to be equal to or greater than the total thickness of each film for forming an actuator portion such as a piezoelectric element. In this embodiment, each electrode layer is about 2 [μm], the interlayer insulating film is about 1 [μm], the metal wiring is about 3 [μm], the passivation protective film is about 1 [μm], and the total film thickness is about 1 [μm]. 7 [μm]. On the other hand, the depth of the concave portion 302 is about 50 [μm] in consideration of the protection space of the actuator portion. As shown in FIG. 9C, the actuator substrate 300 on the opposite side on which the piezoelectric element 305 is formed is polished as shown by a dotted line in the drawing to form an ink liquid chamber. First, in order to obtain the desired height of the ink liquid chamber, the height of the ink liquid chamber is formed by polishing such as back grinding and polishing. In the present embodiment, the height of the ink liquid chamber is about 75 [μm].

次に、図１０（ａ）に示すように、インク液室のパターンを形成するためにレジストパターン３１３を形成する。そして、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、ドライエッチングによってアクチュエータ基板３００をエッチングしてインク液室となる凹部３１４を形成する。ここで、凹部３１４間に形成される隔壁３１５の短辺方向の幅Ｗ１は凸部３０３の短辺方向の幅Ｗ２よりも小さくなるように形成されている。これによって、凹部３１４を形成する際のドライエッチングによる加工寸法のばらつきの影響が回避され、振動板の短手方向の変位幅における寸法精度が保たれる。このように形成されたアクチュエータ基板には、サブフレーム基板（不図示）及びノズル孔３１６が形成されたノズル基板３１７が接着剤によって接合される。以上の製造工程により、所望の吐出量が得られるインクジェットヘッドを製造することができる。 Next, as shown in FIG. 10A, a resist pattern 313 is formed to form an ink chamber pattern. Then, as shown in FIGS. 10B and 10C, the actuator substrate 300 is etched by dry etching to form a recess 314 serving as an ink liquid chamber. Here, the width W1 in the short side direction of the partition wall 315 formed between the concave portions 314 is formed to be smaller than the width W2 in the short side direction of the convex portion 303. As a result, the influence of variations in processing dimensions due to dry etching when forming the recesses 314 is avoided, and dimensional accuracy in the displacement width in the short direction of the diaphragm is maintained. A sub-frame substrate (not shown) and a nozzle substrate 317 in which nozzle holes 316 are formed are bonded to the actuator substrate thus formed by an adhesive. Through the above manufacturing process, an ink jet head capable of obtaining a desired discharge amount can be manufactured.

本実施形態では、サブフレーム基板との接合面となる凸部上には振動板のみ残す構成としているが、層間絶縁膜、メタル配線、パッシベーション保護膜を組み合わせても差し支えない。 In the present embodiment, only the diaphragm is left on the convex portion that becomes the joint surface with the subframe substrate, but an interlayer insulating film, metal wiring, and passivation protection film may be combined.

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
振動板２５の２つの長辺部分が、インク液室２６等の加圧液室の中央部分に向き、かつ互いに対向する第１隔壁２７ａ又は第２隔壁２７ｂ等の隔壁の壁面に、接合されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、第１隔壁２７ａ又は第２隔壁２７ｂにおける壁面の振動板２５の長辺部分との接合部分で、振動板２５の短手方向における厚み方向の変位を規制している。第１隔壁２７ａ又は第２隔壁２７ｂにおける壁面と振動板２５の長辺部分との接合部分から離れていくほど、振動板２５の短手方向における厚み方向の変位を規制する力は弱まっていく。このため、振動板２５の短手方向における厚み方向の変位幅は、対向し合う第１隔壁２７ａ又は第２隔壁２７ｂにおける壁面の振動板２５の両端との接合部分の間隔に相当する。この間隔は、基板をエッチングして形成した凹部の対向し合う第１隔壁２７ａ又は第２隔壁２７ｂの間隔に相当する。この第１隔壁２７ａ又は第２隔壁２７ｂの精度を高めるには、隔壁形成のエッチングの加工精度のみを高めればよい。これにより、振動板２５の短手方向における厚み方向の変位幅を所望の幅に精度良く規定でき、しかも従来に比べて高い加工精度が必要になる箇所の数を減らせ、不良品の数を減らすことができ歩留まりを向上させることができる。よって、高価な精密加工装置を減らすことができ、生産コストの上昇を抑制できる。
（態様２）
（態様１）において、第１隔壁２７ａ等の隔壁を挟んで振動板２５の構造体の壁面との接合箇所どうしを、部材で互いに連結する。これによれば、上記実施形態の変形例について説明したように、第１隔壁２７ａを挟んで形成された振動板２５の振動部２５ａを介して支持部２５ｂが、第１隔壁２７ａの壁面及び上端部を介して互いにつながっている。これにより、振動板上に設けられる圧電素子等に対する振動板の強度が高くなる。
（態様３）
（態様１）において、第１隔壁２７ａ等の隔壁に連続する第２隔壁２７ｂ等の構造体の壁面に振動板２５の長辺部分を接合し、第１隔壁２７ａの壁面に沿って延びた仮想線の位置が、振動板２５の両端との接合箇所である第２隔壁２７ｂの壁面に沿って延びた仮想線の位置より、インク液室２６等の加圧液室の中央部分から遠ざかるように、第１隔壁２７ａを形成する。これによれば、上記実施形態の変形例について説明したように、振動板２５における短手方向変位の変位幅に及ぼす影響はなくなる。
（態様４）
（態様３）において、第２隔壁２７ｂ等の構造体を挟んで振動板２５の構造体の壁面との接合箇所どうしを、部材で互いに連結する。これによれば、上記実施形態の変形例について説明したように、第２隔壁２７ｂを挟んで形成された振動板２５の振動部２５ａを介して支持部２５ｂが、第２隔壁２７ｂの壁面及び上端部を介して互いにつながっている。これにより、振動板上に設けられる圧電素子等に対する振動板の強度が高くなる。
（態様５）
（態様２）又は（態様４）において、部材は、振動板を形成する材料で形成されている。これによれば、上記実施形態の変形例について説明したように、振動板を形成する工程において振動板２５の材料を第１隔壁２７ａ又は第２隔壁２７ｂの壁面及び上端部にも形成することで工程数を減らすことができ、生産コストを抑えられる。
（態様６）
（態様１）において、振動板２５の第１隔壁２７ａ等の隔壁の壁面との接合箇所からの隔壁の厚さは、少なくとも振動板２５及び圧電素子２１の厚さの総和より大きい。これによれば、上記実施形態について説明したように、アクチュエータ基板上に設けた凹部の場所に、圧電素子２１、層間絶縁膜２２、メタル配線２３及びパッシベーション保護膜２４を形成することができる。
（態様７）
（態様３）において、振動板２５の第２隔壁２７ｂ等の構造体の壁面との接合箇所からの構造体の厚さは、少なくとも振動板２５及び圧電素子２１の厚さの総和より大きい。これによれば、上記実施形態について説明したように、アクチュエータ基板上に設けた凹部の場所に、圧電素子２１、層間絶縁膜２２、メタル配線２３及びパッシベーション保護膜２４を形成することができる。
（態様８）
液滴を吐出するノズル孔を有するノズル板と、ノズル孔と連通するとともに室内空間形状が略直方体である加圧液室と、加圧液室の一部を構成し、かつ面形状が略長方形である振動板と、該振動板における加圧液室とは反対側の面上に形成され、振動板に振動を付与して加圧液室に圧力変化を発生させる圧電素子とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、加圧液室が形成される基板の加圧液室に対向する場所に凹部を形成し、加圧液室を区画する隔壁と厚み方向に連続させた構造体を形成する第１工程と、構造体の壁面に、振動板の長辺部分を接合する第２工程と、加圧液室を基板に形成する第３工程とを有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、振動板の短辺方向変位の変位幅における寸法精度は凹部３０２の形成寸法精度によって規定される。よって、所望の吐出量が得られる液滴吐出ヘッドを製造することができる。
（態様９）
（態様８）において、第３工程では、隔壁の壁面に沿って延びた仮想線の位置が、振動板の両端との接合箇所である構造体の壁面に沿って延びた仮想線の位置より、加圧液室の中央部分から遠ざかるように、隔壁を形成して加圧液室を基板に形成する。これによれば、上記実施形態について説明したように、振動板の短辺方向の変位幅における加工精度は凹部３０２又は加圧液室の形成加工精度によって規定される。振動板２５の短辺方向の変位幅に及ぼす影響はなくなり、所望の吐出量が得られる液滴吐出ヘッドを製造することができる。
（態様１０）
（態様１）〜（態様７）のいずれかの液滴吐出ヘッド、または（態様８）又は（態様９）の液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された液滴吐出ヘッドを搭載して該液滴吐出ヘッドで記録液剤を媒体に吐出して画像形成を行う。これによれば、上記実施形態について説明したように、吐出特性に優れ、安定した画像形成を行うことができる。 What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect 1)
Two long side portions of the vibration plate 25 are bonded to the wall surfaces of the partition walls such as the first partition wall 27a or the second partition wall 27b facing the center portion of the pressurized liquid chamber such as the ink liquid chamber 26 and facing each other. Yes. According to this, as described in the above-described embodiment, the thickness of the diaphragm 25 in the short direction of the diaphragm 25 is a junction between the wall of the first partition 27a or the second partition 27b and the long side of the diaphragm 25. Displacement is regulated. The force which regulates the displacement in the thickness direction in the short direction of the diaphragm 25 becomes weaker as the distance from the joint portion between the wall surface of the first partition wall 27a or the second partition wall 27b and the long side portion of the diaphragm 25 increases. For this reason, the displacement width in the thickness direction in the short direction of the diaphragm 25 corresponds to the interval between the joint portions of the wall surfaces of the first partition wall 27a or the second partition wall 27b facing each other on both ends of the diaphragm 25. This interval corresponds to the interval between the first partition walls 27a or the second partition walls 27b facing each other in the recesses formed by etching the substrate. In order to increase the accuracy of the first partition wall 27a or the second partition wall 27b, it is only necessary to increase the processing accuracy of the etching for forming the partition wall. As a result, the displacement width in the thickness direction in the short direction of the diaphragm 25 can be accurately defined to a desired width, and the number of locations that require higher machining accuracy than the conventional one can be reduced, and the number of defective products can be reduced. And the yield can be improved. Therefore, an expensive precision processing apparatus can be reduced and an increase in production cost can be suppressed.
(Aspect 2)
In (Aspect 1), the joints between the diaphragm 25 and the wall surface of the structure body are connected to each other by members with the partition walls such as the first partition walls 27a interposed therebetween. According to this, as described in the modification of the above-described embodiment, the support portion 25b is connected to the wall surface and the upper end of the first partition wall 27a via the vibration portion 25a of the diaphragm 25 formed with the first partition wall 27a interposed therebetween. They are connected to each other through parts. Thereby, the strength of the diaphragm with respect to the piezoelectric element or the like provided on the diaphragm is increased.
(Aspect 3)
In (Aspect 1), the long side portion of the diaphragm 25 is joined to the wall surface of the structure such as the second partition wall 27b that is continuous with the partition wall such as the first partition wall 27a, and the virtual wall extends along the wall surface of the first partition wall 27a. The position of the line is away from the center part of the pressurized liquid chamber such as the ink liquid chamber 26 from the position of the imaginary line extending along the wall surface of the second partition wall 27b, which is a joint portion with both ends of the diaphragm 25. The first partition wall 27a is formed. According to this, as described in the modification of the above embodiment, there is no influence on the displacement width of the lateral displacement in the diaphragm 25.
(Aspect 4)
In (Aspect 3), the joints between the structure of the diaphragm 25 and the wall surface of the structure of the diaphragm 25 are connected to each other by a member with the structure such as the second partition wall 27b interposed therebetween. According to this, as described in the modification of the above embodiment, the support portion 25b is connected to the wall surface and the upper end of the second partition wall 27b via the vibration portion 25a of the diaphragm 25 formed with the second partition wall 27b interposed therebetween. They are connected to each other through parts. Thereby, the strength of the diaphragm with respect to the piezoelectric element or the like provided on the diaphragm is increased.
(Aspect 5)
In (Aspect 2) or (Aspect 4), the member is formed of a material forming the diaphragm. According to this, as described in the modification of the embodiment, in the process of forming the diaphragm, the material of the diaphragm 25 is also formed on the wall surface and the upper end portion of the first partition wall 27a or the second partition wall 27b. The number of processes can be reduced and production costs can be reduced.
(Aspect 6)
In (Aspect 1), the thickness of the partition wall from the joint portion with the wall surface of the partition wall such as the first partition wall 27 a of the vibration plate 25 is larger than at least the total thickness of the vibration plate 25 and the piezoelectric element 21. According to this, as described in the above embodiment, the piezoelectric element 21, the interlayer insulating film 22, the metal wiring 23, and the passivation protective film 24 can be formed at the positions of the recesses provided on the actuator substrate.
(Aspect 7)
In (Aspect 3), the thickness of the structure body from the joint portion with the wall surface of the structure body such as the second partition wall 27b of the vibration plate 25 is larger than at least the total thickness of the vibration plate 25 and the piezoelectric element 21. According to this, as described in the above embodiment, the piezoelectric element 21, the interlayer insulating film 22, the metal wiring 23, and the passivation protective film 24 can be formed at the positions of the recesses provided on the actuator substrate.
(Aspect 8)
A nozzle plate having nozzle holes for discharging liquid droplets, a pressurized liquid chamber communicating with the nozzle holes and having a substantially rectangular parallelepiped space, and a part of the pressurized liquid chamber, and having a substantially rectangular surface shape And a piezoelectric element that is formed on a surface of the diaphragm opposite to the pressurized liquid chamber and that imparts vibration to the diaphragm to generate a pressure change in the pressurized liquid chamber. In the method for manufacturing a droplet discharge head, a structure is formed in which a concave portion is formed at a location facing the pressurizing liquid chamber of the substrate on which the pressurizing liquid chamber is formed, and the partition wall defining the pressurizing liquid chamber is continuous in the thickness direction. A first step of forming, a second step of bonding the long side portion of the diaphragm to the wall surface of the structure, and a third step of forming a pressurized liquid chamber on the substrate. According to this, as described in the above embodiment, the dimensional accuracy in the displacement width of the short side direction displacement of the diaphragm is defined by the formation dimensional accuracy of the recess 302. Therefore, a droplet discharge head that can obtain a desired discharge amount can be manufactured.
(Aspect 9)
In (Aspect 8), in the third step, the position of the imaginary line extending along the wall surface of the partition wall is from the position of the imaginary line extending along the wall surface of the structure that is a joint portion with both ends of the diaphragm. A partition wall is formed so as to move away from the central portion of the pressurized liquid chamber, and the pressurized liquid chamber is formed on the substrate. According to this, as described in the above embodiment, the processing accuracy in the displacement width in the short side direction of the diaphragm is defined by the forming processing accuracy of the recess 302 or the pressurized liquid chamber. The influence on the displacement width in the short side direction of the diaphragm 25 is eliminated, and a droplet discharge head capable of obtaining a desired discharge amount can be manufactured.
(Aspect 10)
The liquid droplet mounting head manufactured by the liquid droplet discharging head according to any one of (Aspect 1) to (Aspect 7) or the liquid droplet discharging head according to (Aspect 8) or (Aspect 9) is mounted on the liquid. An image is formed by discharging a recording liquid onto a medium with a droplet discharge head. According to this, as described in the above embodiment, the discharge characteristics are excellent and stable image formation can be performed.

１インクジェットヘッド
１０サブフレーム基板
１１アクチュエータ保護キャビティ
１２サブフレーム接合面
２０アクチュエータ基板
２１圧電素子
２２層間絶縁膜
２３メタル配線
２４パッシベーション保護膜
２５振動板
２５ａ振動部
２５ｂ支持部
２６インク液室
２７隔壁
２７ａ第１隔壁
２７ｂ第２隔壁
３０ノズル基板
３１ノズル孔
１００インクジェット記録装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet head 10 Subframe board | substrate 11 Actuator protection cavity 12 Subframe joint surface 20 Actuator board 21 Piezoelectric element 22 Interlayer insulation film 23 Metal wiring 24 Passivation protection film 25 Vibration board 25a Vibration part 25b Support part 26 Ink liquid chamber 27 Partition 27a 1st 1 partition 27b 2nd partition 30 Nozzle substrate 31 Nozzle hole 100 Inkjet recording apparatus

特開２０１２−０７６４４９号公報JP 2012-076449 A

Claims

A nozzle plate having a nozzle hole for discharging droplets, a pressurized liquid chamber communicating with the nozzle hole and having a substantially rectangular parallelepiped space shape, a part of the pressurized liquid chamber, and having a surface shape A substantially rectangular diaphragm, and a piezoelectric element that is formed on a surface of the diaphragm opposite to the pressurizing liquid chamber and generates a pressure change in the pressurizing liquid chamber by applying vibration to the diaphragm. In a droplet discharge head comprising:
A droplet discharge head, wherein two long side portions of the vibration plate are respectively joined to wall surfaces of the partition walls facing the central portion of the pressurized liquid chamber.

The droplet discharge head according to claim 1,
A droplet discharge head characterized in that joints between the diaphragm and a wall surface of the partition wall are connected to each other with a member sandwiching the partition wall.

The droplet discharge head according to claim 1,
The long side portion of the diaphragm is joined to the wall surface of the structure continuous with the partition wall, and the position of the imaginary line extending along the wall surface of the partition wall is the joint location with the long side portion of the diaphragm. A liquid droplet ejection head, wherein the partition wall is formed so as to move away from a central portion of the pressurized liquid chamber from a position of an imaginary line extending along a wall surface of the structure.

The droplet discharge head according to claim 3.
A droplet discharge head characterized in that joint portions of the diaphragm and a wall surface of the structure are connected to each other with a member sandwiching the structure.

The droplet discharge head according to claim 2 or 4,
The droplet discharge head, wherein the member is made of a material forming the diaphragm.

The droplet discharge head according to claim 1,
The droplet discharge head according to claim 1, wherein a thickness of the partition wall from a joint portion of the diaphragm with the wall surface of the partition wall is larger than at least a total thickness of the diaphragm and the piezoelectric element.

The droplet discharge head according to claim 3.
The droplet discharge head according to claim 1, wherein a thickness of the structure body from a joint portion of the vibration plate with a wall surface of the structure body is larger than a total thickness of at least the vibration plate and the piezoelectric element.

A nozzle plate having a nozzle hole for discharging droplets, a pressurized liquid chamber communicating with the nozzle hole and having a substantially rectangular parallelepiped space shape, a part of the pressurized liquid chamber, and having a surface shape A substantially rectangular diaphragm, and a piezoelectric element that is formed on a surface of the diaphragm opposite to the pressurizing liquid chamber and generates a pressure change in the pressurizing liquid chamber by applying vibration to the diaphragm. In a method for manufacturing a droplet discharge head comprising:
A first step of forming a concave portion at a position facing the pressurizing liquid chamber of the substrate on which the pressurizing liquid chamber is formed, and a structure that is continuous with the partition wall forming the pressurizing liquid chamber in the thickness direction. When,
A second step of joining the long side portion of the diaphragm to the wall surface of the structure;
And a third step of forming the pressurized liquid chamber on the substrate.

In the manufacturing method of the droplet discharge head according to claim 8,
In the third step, the position of the imaginary line extending along the wall surface of the partition wall is greater than the position of the imaginary line extending along the wall surface of the structure, which is a joint with the diaphragm, from the pressurized liquid chamber. A method of manufacturing a droplet discharge head, wherein the partition wall is formed and the pressurized liquid chamber is formed on the substrate so as to move away from the central portion of the substrate.

A droplet discharge head according to any one of claims 1 to 7, or a droplet discharge head manufactured by the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 8 or 9, and mounted on the droplet discharge head. An image forming apparatus for forming an image by discharging a recording liquid onto a medium.