JP2014177101A - Liquid droplet discharge head and liquid droplet discharge device - Google Patents

Liquid droplet discharge head and liquid droplet discharge device Download PDF

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Masanori Kato
将紀 加藤
Mitsuru Shingyouchi
充 新行内
Yasuhiro Watanabe
康弘 渡邉
Yoshinori Bando
佳憲 坂東
Takafumi Sasaki
隆文 佐々木
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid droplet discharge head capable of discharging liquid droplets stably and uniformly.SOLUTION: There is provided a liquid droplet discharge head that includes a nozzle plate where a plurality of nozzles for discharging ink are formed in an array; a flow passage substrate including a plurality of individual liquid chambers communicating with the nozzles, formed corresponding to the respective nozzles, and partitioned by partitions and a plurality of liquid droplet supply chambers communicating with the individual liquid chambers and partitioned by partitions; a diaphragm which has supply ports for liquid droplets formed at positions corresponding to the liquid droplet supply chambers; and piezoelectric elements formed at positions corresponding to the individual liquid chambers on the diaphragm. The partitions which partition the individual liquid chambers and the partitions which partition the liquid supply chambers are not connected to each other, and the liquid droplet supply chambers communicate with the individual liquid chambers adjacent in an array direction of the nozzles.

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。   The present invention relates to a droplet discharge head and a droplet discharge device.

近年、画像形成装置に対する高画質化の要求に伴って、微小液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの高速化、高精細化、低コスト化等に関する研究開発が進められている。特に、液滴吐出ヘッドのノズル及びこのノズルに連通する個別液室の高集積化、高密度化に関する研究開発が進められている。   In recent years, along with the demand for higher image quality for image forming apparatuses, research and development have been advanced on speeding up, high definition, and cost reduction of a droplet discharge head that discharges micro droplets. In particular, research and development relating to high integration and high density of the nozzles of the droplet discharge head and the individual liquid chambers communicating with the nozzles are being promoted.

液滴吐出ヘッドは、微小液滴中に含まれる異物やインク成分に起因する凝集物等によってノズルの目詰まりが発生することがある。ノズルや個別液室の高集積化を進める場合、許容できる異物の大きさも小さくなるため、ノズルの目詰まりが増加するという問題が生じる。   In the droplet discharge head, nozzle clogging may occur due to agglomerates or the like caused by foreign matters or ink components contained in the fine droplets. When the integration of nozzles and individual liquid chambers is advanced, the allowable size of foreign matter is reduced, which causes a problem that nozzle clogging increases.

特許文献1では、振動板上の液滴供給口を微細化して、フィルタ機能を持たせると共に、個別液室と液滴供給口との間に液滴供給室を配置する構成が開示されている。このとき、特許文献1では、隣接する液滴供給室を連通させてフィルタ閉塞の影響を除去し、かつ、液滴供給室間の隔壁を部分的に残して液滴供給口の強度を確保している。   Patent Document 1 discloses a configuration in which a droplet supply port on a diaphragm is miniaturized to have a filter function and a droplet supply chamber is disposed between an individual liquid chamber and a droplet supply port. . At this time, in Patent Document 1, adjacent droplet supply chambers are communicated to eliminate the influence of filter blockage, and the partition wall between the droplet supply chambers is partially left to ensure the strength of the droplet supply port. ing.

しかしながら、特許文献1の液滴吐出装置の一形態では、隣り合う2つの液滴供給室が連通する構造が開示されている。この場合、隣り合う個別液室間で相互干渉が発生する場合があり、吐出性能が安定しない。   However, in one form of the droplet discharge device of Patent Document 1, a structure in which two adjacent droplet supply chambers communicate with each other is disclosed. In this case, mutual interference may occur between adjacent individual liquid chambers, and the discharge performance is not stable.

また、特許文献1の液滴吐出装置の他の形態では、全ての液滴供給室を連通させた構造が記載されている。この場合、フィルタ部の強度が確保されず、耐久性が悪化する。   In another form of the droplet discharge device of Patent Document 1, a structure in which all droplet supply chambers are communicated is described. In this case, the strength of the filter portion is not ensured and the durability deteriorates.

上記課題に対して、安定して均一に液滴を吐出可能な液滴吐出ヘッドを提供する。   In response to the above problems, a droplet discharge head capable of discharging droplets stably and uniformly is provided.

インクを吐出するノズルが複数配列して形成されたノズル板と、
前記ノズルに連通すると共に、前記ノズルの各々に対応して形成され、隔壁により区画された複数の個別液室と、前記個別液室に連通し、隔壁により区画された複数の液滴供給室と、が形成された流路基板と、
前記液滴供給室に対応する位置に、液滴の供給口が形成された振動板と、
前記振動板上の前記個別液室に対応する位置に形成された圧電素子と、
を有し、
前記個別液室を区画する隔壁と前記液滴供給室を区画する隔壁は繋がっておらず、前記液滴供給室は、前記ノズルの配列方向で隣り合う前記個別液室に連通する、
液滴吐出ヘッド。
A nozzle plate formed by arranging a plurality of nozzles for ejecting ink;
A plurality of individual liquid chambers formed in correspondence with each of the nozzles and partitioned by a partition; and a plurality of droplet supply chambers connected to the individual liquid chamber and partitioned by the partition; A flow path substrate on which is formed,
A diaphragm having a droplet supply port formed at a position corresponding to the droplet supply chamber;
A piezoelectric element formed at a position corresponding to the individual liquid chamber on the diaphragm;
Have
The partition partitioning the individual liquid chamber and the partition partitioning the droplet supply chamber are not connected, and the droplet supply chamber communicates with the individual liquid chamber adjacent in the arrangement direction of the nozzles,
Droplet discharge head.

安定して均一に液滴を吐出可能な液滴吐出ヘッドを提供できる。   A droplet discharge head capable of discharging droplets stably and uniformly can be provided.

本実施形態の液滴吐出ヘッドの一例の側面概略図である。It is a side schematic diagram of an example of a droplet discharge head of this embodiment. 図1の液滴吐出ヘッドの保持基板の接合状態を説明するための概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a bonding state of a holding substrate of the droplet discharge head of FIG. 1. 第1の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図である。2 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to the first embodiment. FIG. 図3の液滴吐出ヘッドの構成例を説明するための概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the droplet discharge head of FIG. 3. 比較の実施形態の液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図である。It is an upper surface schematic diagram of an example of a droplet discharge head of a comparative embodiment. 比較の実施形態の液滴吐出ヘッドの他の例の上面概略図である。It is the upper surface schematic of the other example of the droplet discharge head of comparative embodiment. 比較の実施形態の液滴吐出ヘッドの更に他の例の上面概略図である。It is the upper surface schematic diagram of the further another example of the droplet discharge head of comparative embodiment. 第2の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図である。FIG. 6 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to a second embodiment. 第3の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図である。FIG. 10 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to a third embodiment. 第4の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図である。It is a top schematic diagram of an example of a droplet discharge head concerning a 4th embodiment. 第5の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図である。FIG. 10 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to a fifth embodiment. 第6の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図である。FIG. 10 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to a sixth embodiment. 第7の実施形態に係る画像形成装置の一例の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of an example of the image forming apparatus which concerns on 7th Embodiment. 第7の実施形態に係る画像形成装置の一例の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of an example of the image forming apparatus which concerns on 7th Embodiment.

以下、本発明の好適な実施の形態(以下「実施形態」という)について、図面を用いて詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings.

(液滴吐出ヘッドの概略構成)
図1に、本実施形態の液滴吐出ヘッドの一例の側面概略図を示す。図2に、図1の液滴吐出ヘッドへの保持基板の接合状態を説明するための概略図を示す。
(Schematic configuration of droplet discharge head)
FIG. 1 is a schematic side view of an example of a droplet discharge head according to this embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a bonding state of the holding substrate to the droplet discharge head of FIG.

本実施形態の液滴吐出ヘッド100aは、ノズル102が形成されたノズル板104と、ノズル102に通じるインク流路が形成された流路基板106とを有する。   The liquid droplet ejection head 100a of this embodiment includes a nozzle plate 104 on which nozzles 102 are formed, and a flow path substrate 106 on which ink flow paths leading to the nozzles 102 are formed.

流路基板106には、ノズル102に通じる個別液室108と、液滴供給室110とが形成されている。   An individual liquid chamber 108 communicating with the nozzle 102 and a droplet supply chamber 110 are formed on the flow path substrate 106.

個別液室108には、後述する流体抵抗部109が形成されていても良い。   The individual liquid chamber 108 may be formed with a fluid resistance portion 109 described later.

流路基板106の一方の面は、ノズル板104と接合されており、他方の面には、振動板112が積層されている。   One surface of the flow path substrate 106 is joined to the nozzle plate 104, and the vibration plate 112 is laminated on the other surface.

振動板112の、流路基板106と当接する面とは反対側の面には、個別液室108に対応する位置に下部電極114、圧電体116及び上部電極118を含む圧電素子120が形成されている。圧電素子120を駆動することにより、個別液室108内のインク圧力を変動させ、ノズル102からインクを吐出させる。   A piezoelectric element 120 including a lower electrode 114, a piezoelectric body 116, and an upper electrode 118 is formed at a position corresponding to the individual liquid chamber 108 on the surface of the vibration plate 112 opposite to the surface in contact with the flow path substrate 106. ing. By driving the piezoelectric element 120, the ink pressure in the individual liquid chamber 108 is changed, and ink is ejected from the nozzle 102.

個別液室108には、ノズル102から吐出された量と同量のインクが液滴供給室110から供給され、ノズル102から繰り返しインクの吐出を行うことができる。   In the individual liquid chamber 108, the same amount of ink as that discharged from the nozzle 102 is supplied from the droplet supply chamber 110, and ink can be repeatedly discharged from the nozzle 102.

本実施形態の液滴吐出ヘッド100aは、この個別液室108、液滴供給室110、これらを区画する後述する隔壁の構成に有利な特徴を有し、安定して均一に液滴を吐出可能であるが、先ずは、液滴吐出ヘッドの概略構成について、説明する。   The droplet discharge head 100a according to the present embodiment has an advantageous feature in the configuration of the individual liquid chamber 108, the droplet supply chamber 110, and a partition wall that will be described later, and can discharge droplets stably and uniformly. First, a schematic configuration of the droplet discharge head will be described.

[ノズル板]
図1に示されるように、ノズル板104は、液滴を吐出するノズル102が2つ以上配列して形成された、板状の部材である。ノズル102は、後述する個別液室108毎に1つ形成されている。
[Nozzle plate]
As shown in FIG. 1, the nozzle plate 104 is a plate-like member formed by arranging two or more nozzles 102 for discharging droplets. One nozzle 102 is formed for each individual liquid chamber 108 described later.

ノズル102は、個別液室108に対応する位置であれば、任意の位置に設けることができるが、個別液室108の端部であって、液滴供給室110とは反対側の端部に設けることが好ましい。これにより、印加される圧力に対して、より高い吐出効率を得ることができる。   The nozzle 102 can be provided at any position as long as it corresponds to the individual liquid chamber 108, but at the end of the individual liquid chamber 108, the end opposite to the droplet supply chamber 110. It is preferable to provide it. Thereby, higher discharge efficiency can be obtained with respect to the applied pressure.

また、本実施形態の液滴吐出ヘッド100aをインクジェットヘッドに使用する場合、ノズル102の配置は、所望の画像解像度、画像形成速度等から、当業者が適宜最適な配置、密度で設計することができる。   In addition, when the droplet discharge head 100a of this embodiment is used for an inkjet head, the arrangement of the nozzles 102 can be appropriately designed by the person skilled in the art from the desired image resolution, image formation speed, etc. with an optimal arrangement and density. it can.

ノズル板104の材質としては、加工性、生産性、物性(剛性や耐腐食性等)に応じて、金属、合金、誘導体、半導体、樹脂等の材料を使用することができる。   As a material of the nozzle plate 104, materials such as metals, alloys, derivatives, semiconductors, and resins can be used according to workability, productivity, and physical properties (rigidity, corrosion resistance, etc.).

金属、合金の例としては、ノズルの加工方法の観点から、電鋳(めっき)で形成する場合はニッケル(Ni)、銅(Cu)等の電鋳可能な金属、機械加工やレーザー加工で形成する場合は、ステンレス(SUS)等を使用することができる。金属、合金を用いる場合、耐腐食性の観点から、SUS等の安定な合金を使用することが好ましい。   As examples of metals and alloys, from the viewpoint of nozzle processing method, when forming by electroforming (plating), electroforming metal such as nickel (Ni) and copper (Cu), forming by machining and laser processing When doing so, stainless steel (SUS) or the like can be used. When using a metal or an alloy, it is preferable to use a stable alloy such as SUS from the viewpoint of corrosion resistance.

誘導体の例としては、ガラス等のセラミクス材料等が挙げられる。この場合、加工法としては、エッチング、レーザーアブレーション法等の方式を採用することができる。   Examples of the derivatives include ceramic materials such as glass. In this case, methods such as etching and laser ablation can be employed as processing methods.

半導体の例としては、シリコン(Si)ウェハ等が挙げられ、加工方法としてはフォトリソグラフィ技術を採用することができる。   An example of the semiconductor is a silicon (Si) wafer, and a photolithography technique can be employed as a processing method.

樹脂の例としては特に制限はないが、加工方法としては、例えば感光性樹脂(ドライフィルムレジスト)を用いる方法やレーザー加工等の方式を採用することができる。   Although there is no restriction | limiting in particular as an example of resin, As a processing method, methods, such as a method using photosensitive resin (dry film resist), a laser processing, etc. are employable, for example.

ノズル板104の厚さ及び形状としては、特に制限はないが、ノズル板104の厚さは、10〜100μmの範囲内であることが、加工性及び吐出特性の観点から好ましい。ノズル板104の厚さが10μm未満の場合、剛性が低下することがある。一方、ノズル板104の厚さが100μmを超える場合、ノズル板104の加工時に生産性が悪化することがある。   The thickness and shape of the nozzle plate 104 are not particularly limited, but the thickness of the nozzle plate 104 is preferably in the range of 10 to 100 μm from the viewpoint of workability and discharge characteristics. When the thickness of the nozzle plate 104 is less than 10 μm, the rigidity may decrease. On the other hand, when the thickness of the nozzle plate 104 exceeds 100 μm, the productivity may deteriorate when the nozzle plate 104 is processed.

ノズル102の径としては、所望の吐出性能や吐出するインクの物性に応じて設計することができるが、φ10μm〜φ40μmの範囲内とすることが好ましく、φ15μm〜φ25μmの範囲内とすることがより好ましい。   The diameter of the nozzle 102 can be designed according to the desired ejection performance and the physical properties of the ejected ink, but is preferably in the range of φ10 μm to φ40 μm, more preferably in the range of φ15 μm to φ25 μm. preferable.

ノズル102の断面形状としては、特に制限はないが、テーパー状、ラウンド状(Rを付けた形状)、ストレート状等の任意の形状とすることができる。   The cross-sectional shape of the nozzle 102 is not particularly limited, but may be an arbitrary shape such as a taper shape, a round shape (a shape with an R), or a straight shape.

なお、ノズル102の吐出面は、吐出する液滴の性状に応じて、撥水処理又は撥油処理しても良い。一般的には、撥水、撥油材料をノズル102の吐出面に塗布又は成膜することにより、液滴の吐出性能及び吐出安定性が向上する。   Note that the discharge surface of the nozzle 102 may be subjected to water-repellent treatment or oil-repellent treatment depending on the properties of the droplets to be discharged. In general, by applying or forming a water-repellent or oil-repellent material on the ejection surface of the nozzle 102, the ejection performance and ejection stability of the droplets are improved.

ノズル板104と流路基板106との接合方法は、特に制限はないが、接着剤を用いた接合方法を採用することが一般的である。   A method for joining the nozzle plate 104 and the flow path substrate 106 is not particularly limited, but a joining method using an adhesive is generally employed.

[流路基板]
流路基板106には、ノズル102に連通する個別液室108と、液滴供給室110とが形成されている。個別液室は、1つのノズル102に対して1つ形成される。
[Channel substrate]
An individual liquid chamber 108 communicating with the nozzle 102 and a droplet supply chamber 110 are formed on the flow path substrate 106. One individual liquid chamber is formed for one nozzle 102.

流路基板106の一方の面は、ノズル板104と接合されており、他方の面には、振動板112が積層されている。即ち、個別液室108は、ノズル板104と、流路基板106と、振動板112とで囲まれて形成されている。   One surface of the flow path substrate 106 is joined to the nozzle plate 104, and the vibration plate 112 is laminated on the other surface. That is, the individual liquid chamber 108 is formed by being surrounded by the nozzle plate 104, the flow path substrate 106, and the vibration plate 112.

振動板112の、流路基板106と当接する面とは反対側の面には、個別液室108に対応する位置に下部電極114、圧電体116及び上部電極118を含む圧電素子120が形成されている。   A piezoelectric element 120 including a lower electrode 114, a piezoelectric body 116, and an upper electrode 118 is formed at a position corresponding to the individual liquid chamber 108 on the surface of the vibration plate 112 opposite to the surface in contact with the flow path substrate 106. ing.

流路基板106の材料としては特に制限されないが、圧電素子120としてユニモルフ型の圧電素子を、容易に高密度に形成可能である点から、シリコンウェハを使用することが好ましい。   The material of the flow path substrate 106 is not particularly limited, but it is preferable to use a silicon wafer because a unimorph type piezoelectric element can be easily formed at a high density as the piezoelectric element 120.

シリコンウェハの加工としては、半導体デバイス製造分野で使用される、フォトリソグラフィ技術やエッチング等を使用することができる。エッチングとしては、水酸化カリウム(KOH)や4メチル水酸化アンモニウム(TMAH)を用いたウェットエッチング法や、プラズマエッチング等のドライエッチング法等の手法が挙げられる。   As processing of the silicon wafer, photolithography technology, etching, and the like used in the semiconductor device manufacturing field can be used. Examples of the etching include wet etching methods using potassium hydroxide (KOH) and 4-methyl ammonium hydroxide (TMAH), and dry etching methods such as plasma etching.

ウェットエッチング法は、結晶方位によるエッチングレートの差を利用した異方性エッチングであり、高精度に加工可能である。また、バッチ処理が可能であるため、高い生産性が得られる。しかしながら、上述した薬液を用いた場合、シリコンウェハの(111)結晶面に加工面が制約されるため、液室、流路の設計自由度が大きく低下する。   The wet etching method is anisotropic etching that uses a difference in etching rate depending on crystal orientation, and can be processed with high accuracy. Moreover, since batch processing is possible, high productivity is obtained. However, when the above-described chemical solution is used, since the processing surface is restricted by the (111) crystal plane of the silicon wafer, the degree of freedom in designing the liquid chamber and the flow path is greatly reduced.

一方、ドライエッチング法は、枚葉式の加工方法であるため、生産性が低い。しかしながら、上記の結晶面に対する制約が無く、設計自由度が高い。   On the other hand, since the dry etching method is a single wafer processing method, the productivity is low. However, there is no restriction on the crystal plane and the degree of freedom in design is high.

流路基板106の厚さは、特に制限はないが、40〜100μmの範囲内とすることが好ましい。流路基板106の厚さが40μmより薄い場合、流路基板106の強度が不足し、損傷が発生しやすくなることがある。一方、流路基板106の厚さが100μmより厚い場合、液滴のコンプライアンスにより圧力損失が発生することがある。また、加工時間が増大するため、生産性が低下することがある。   The thickness of the flow path substrate 106 is not particularly limited, but is preferably in the range of 40 to 100 μm. If the thickness of the flow path substrate 106 is less than 40 μm, the strength of the flow path substrate 106 may be insufficient and damage may easily occur. On the other hand, when the thickness of the flow path substrate 106 is thicker than 100 μm, pressure loss may occur due to droplet compliance. Moreover, since processing time increases, productivity may fall.

[振動板]
流路基板106の、ノズル板104との当接面とは反対側の面には、振動板112が形成される。また、振動板112の、流路基板106との当接面とは反対側の面には、下部電極114、圧電体116及び上部電極118がこの順番に積層された圧電素子120が形成される。
[Vibration plate]
A vibration plate 112 is formed on the surface of the flow path substrate 106 opposite to the contact surface with the nozzle plate 104. Further, a piezoelectric element 120 in which a lower electrode 114, a piezoelectric body 116, and an upper electrode 118 are laminated in this order is formed on the surface of the diaphragm 112 opposite to the contact surface with the flow path substrate 106. .

また、振動板112の、液滴供給室110に対応する領域には、液滴の供給口となるフィルタ部113が形成されている。   Further, a filter portion 113 serving as a droplet supply port is formed in a region of the diaphragm 112 corresponding to the droplet supply chamber 110.

なお、1つの液滴供給室110に対して、複数のフィルタ部113が振動板112に形成されていることが好ましい。   A plurality of filter parts 113 are preferably formed on the diaphragm 112 for one droplet supply chamber 110.

フィルタ部113の開口径は、ノズル102のノズル径よりも小さいことが好ましい。フィルタ部113が形成される振動板112は、一般的に、後述する流路基板106の加工工程の前段階で形成されるため、ノズル板104を接合した後の段階で個別液室108が外部と通じる経路はノズル102又はフィルタ部113の2箇所のみとなる。そのため、フィルタ部113の開口径をノズル102の径より小さくすることで、製造工程の早い段階で個別液室108にノズル径よりも大きい異物がインク流路に入ることを防止することができる。一方、フィルタ部113の開口径がノズル102の径よりも大きい場合、ノズル径よりも大きい異物が個別液室108に混入し、ノズル102の目詰まり発生を有効に防止できないためである。また、フィルタ部113の径がノズル102の径より小さい場合には、フィルタ部113における流体抵抗値が高くなる。そのため、液滴吐出量に相当する液滴供給量を確保するために、フィルタ部113を液滴供給室110それぞれに複数形成することが好ましい。   The opening diameter of the filter unit 113 is preferably smaller than the nozzle diameter of the nozzle 102. The diaphragm 112 on which the filter unit 113 is formed is generally formed at a stage before the processing step of the flow path substrate 106 described later, and therefore the individual liquid chamber 108 is externally attached at a stage after the nozzle plate 104 is joined. There are only two paths leading to the nozzle 102 or the filter unit 113. Therefore, by making the opening diameter of the filter 113 smaller than the diameter of the nozzle 102, it is possible to prevent foreign matter larger than the nozzle diameter from entering the ink flow path in the individual liquid chamber 108 at an early stage of the manufacturing process. On the other hand, when the opening diameter of the filter portion 113 is larger than the diameter of the nozzle 102, foreign matters larger than the nozzle diameter are mixed into the individual liquid chamber 108, and clogging of the nozzle 102 cannot be effectively prevented. Moreover, when the diameter of the filter part 113 is smaller than the diameter of the nozzle 102, the fluid resistance value in the filter part 113 becomes high. Therefore, it is preferable to form a plurality of filter parts 113 in each of the droplet supply chambers 110 in order to secure a droplet supply amount corresponding to the droplet discharge amount.

フィルタ部113の形状は任意の形状にすることができるが、ノズル102の形状と同じ円形とすることが好ましい。   The shape of the filter portion 113 can be any shape, but is preferably the same circle as the shape of the nozzle 102.

前述した通り、振動板112は、個別液室108に対応する部分が圧電素子120によって変位することで、個別液室108の体積変化を発生させる機能を有する。   As described above, the diaphragm 112 has a function of causing a volume change of the individual liquid chamber 108 by displacing the portion corresponding to the individual liquid chamber 108 by the piezoelectric element 120.

振動板112は、少なくとも個別液室108及び液滴供給室110の片面を被覆して形成される。振動板112は、流路基板106の個別液室108に対応する位置に形成されていれば良いが、液滴供給室110と個別液室108とを繋ぐ部分を除く全面に形成されることが好ましい。これにより、後述する保持基板の接合の際に、接合高さを概ね揃えることが可能である。   The vibration plate 112 is formed to cover at least one surface of the individual liquid chamber 108 and the droplet supply chamber 110. The vibration plate 112 may be formed at a position corresponding to the individual liquid chamber 108 of the flow path substrate 106, but may be formed on the entire surface excluding a portion connecting the droplet supply chamber 110 and the individual liquid chamber 108. preferable. Thereby, it is possible to make the joining height substantially uniform when joining the holding substrate described later.

振動板112の材料としては、特に制限はないが、流路基板106の材料(例えばシリコンウェハ)上に形成が容易な材料とすることが好ましい。具体的には、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、SiO、Si、SiC等のシリコン化合物、Al、ZrO、TiO、Ta、ZnO、Y等の酸化物、AlN、TiN等の窒化物及びこれらの複合化合物等が挙げられる。これらの材料を用いた場合、半導体製造工程で一般的に用いられる成膜装置(CVD装置、ALD装置、スパッタリング装置等)を用いることができるため、安定した既存の製造技術を用いて微細加工を確実に行えるというメリットがある。 The material of the diaphragm 112 is not particularly limited, but is preferably a material that can be easily formed on the material of the flow path substrate 106 (for example, a silicon wafer). Specifically, polycrystalline silicon, amorphous silicon, SiO 2 , Si 3 N 4 , SiC and other silicon compounds, Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , ZnO, Y 2 O 3, etc. Examples thereof include oxides, nitrides such as AlN and TiN, and composite compounds thereof. When these materials are used, a film forming apparatus (such as a CVD apparatus, an ALD apparatus, or a sputtering apparatus) generally used in a semiconductor manufacturing process can be used, so that fine processing can be performed using stable existing manufacturing technology. There is a merit that it can be done reliably.

また、個別液室108及び液滴供給室110をエッチングで形成する場合、振動板112と流路基板106とは、エッチングレートが異なる材料を用いても良い。この場合、振動板112のエッチングレートが、流路基板106のエッチングレートより遅くなるような材料を選択する。これにより、振動板112を、流路基板106をエッチングする際のエッチングストップ層とすることが可能となる。   When the individual liquid chamber 108 and the droplet supply chamber 110 are formed by etching, the diaphragm 112 and the flow path substrate 106 may use materials having different etching rates. In this case, a material is selected such that the etching rate of the diaphragm 112 is slower than the etching rate of the flow path substrate 106. Thereby, the diaphragm 112 can be used as an etching stop layer when the flow path substrate 106 is etched.

振動板112の膜厚としては、材料の物性(ヤング率、ポアソン比等)に応じて、所望の振動特性を得ることが可能となるよう、当業者が選択することができる。一般的には、振動板112の厚さは、1〜5μmの範囲内とすることが好ましく、1〜3μmの範囲内とすることがより好ましい。振動板112の厚さが1μm未満の場合、振動板112のクラック等による破損が発生しやすくなる場合がある。一方、振動板112の厚さが5μmを超える場合、振動変位が低下し、吐出効率が低下することがある。   The film thickness of the diaphragm 112 can be selected by those skilled in the art so that desired vibration characteristics can be obtained according to the physical properties (Young's modulus, Poisson's ratio, etc.) of the material. In general, the thickness of the diaphragm 112 is preferably in the range of 1 to 5 μm, and more preferably in the range of 1 to 3 μm. When the thickness of the diaphragm 112 is less than 1 μm, the diaphragm 112 may be easily damaged due to a crack or the like. On the other hand, when the thickness of the diaphragm 112 exceeds 5 μm, the vibration displacement may be lowered, and the discharge efficiency may be lowered.

[圧電素子]
前述した通り、振動板112上の、個別液室108に対応する位置には、圧電素子120が形成される。圧電素子120は、下部電極114、圧電体116及び上部電極118から形成され、上部電極114と下部電極118との間に電圧を印加することで変形する電気機械変換素子である。
[Piezoelectric element]
As described above, the piezoelectric element 120 is formed on the vibration plate 112 at a position corresponding to the individual liquid chamber 108. The piezoelectric element 120 is an electromechanical conversion element that is formed of a lower electrode 114, a piezoelectric body 116, and an upper electrode 118 and is deformed by applying a voltage between the upper electrode 114 and the lower electrode 118.

下部電極114及び上部電極118は、導電性材料であれば特に制限はないが、耐熱性の観点から、金(Au)、ロジウム(Rh)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、パラジウム(Pd)等の貴金属又はこれらの合金又は酸化物を使用することが好ましい。圧電体116は、成膜後に500〜800℃程度の加熱工程を経るため、高融点、高安定性を有する前述の材料等を使用することが好ましい。なお、これらの材料は、1種類を単独で使用しても良いし、2種類以上の材料を積層構造としても良い。   The lower electrode 114 and the upper electrode 118 are not particularly limited as long as they are conductive materials, but from the viewpoint of heat resistance, gold (Au), rhodium (Rh), platinum (Pt), iridium (Ir), palladium (Pd It is preferred to use noble metals such as) or alloys or oxides thereof. Since the piezoelectric body 116 undergoes a heating process at about 500 to 800 ° C. after film formation, it is preferable to use the above-described materials having a high melting point and high stability. Note that one of these materials may be used alone, or two or more materials may have a laminated structure.

下部電極114及び上部電極118の膜厚は、圧電体116の変形を拘束しない膜厚であれば特に制限はなく、一般的に20〜500nmの範囲内とすることが好ましい。   The film thickness of the lower electrode 114 and the upper electrode 118 is not particularly limited as long as it does not restrict the deformation of the piezoelectric body 116, and is generally preferably in the range of 20 to 500 nm.

下部電極114は、少なくとも個別液室108に対応する位置に形成されている必要があるが、個別液室108毎に形成する必要はなく、複数の個別液室108を覆うように形成しても良い。   The lower electrode 114 needs to be formed at a position corresponding to at least the individual liquid chamber 108, but does not have to be formed for each individual liquid chamber 108, and may be formed so as to cover a plurality of individual liquid chambers 108. good.

圧電体116及び上部電極118は、個別液室108毎に形成される必要があり、液滴を吐出させる箇所の上部電極114に電圧を印加することで、任意のノズル102から液滴を吐出させることができる。   The piezoelectric body 116 and the upper electrode 118 need to be formed for each individual liquid chamber 108. By applying a voltage to the upper electrode 114 at a position where the liquid droplet is discharged, the liquid droplet is discharged from an arbitrary nozzle 102. be able to.

下部電極114及び上部電極118のパターニング方法としては、特に制限はないが、フォトリソグラフィ技術を使用して実施することが好ましい。   The patterning method of the lower electrode 114 and the upper electrode 118 is not particularly limited, but is preferably performed using a photolithography technique.

圧電体116の材料としては、圧電性を示す材料であれば特に制限はないが、具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、またはこれらの派生材料(金属元素を置換した材料)等が挙げられる。この中でもチタン酸ジルコン酸鉛は、工業用途として広く使用されており材料加工技術が一般的であり、かつ、温度安定性、圧電性能に優れるため、好ましい。   The material of the piezoelectric body 116 is not particularly limited as long as it is a material exhibiting piezoelectricity. Specific examples thereof include lead zirconate titanate, barium titanate, or a derivative material thereof (a material substituted with a metal element). Etc. Among these, lead zirconate titanate is preferred because it is widely used for industrial applications, has a general material processing technique, and is excellent in temperature stability and piezoelectric performance.

圧電体116は、所望の吐出性能に応じて、一般的には圧電定数d31が−100〜−150pm/Vのものが使用される。圧電体116の圧電性能が低くなるにつれ、液滴の吐出性能は低下する。   As the piezoelectric body 116, a piezoelectric body having a piezoelectric constant d31 of −100 to −150 pm / V is generally used according to a desired discharge performance. As the piezoelectric performance of the piezoelectric body 116 decreases, the droplet ejection performance decreases.

圧電体116の膜厚としては、特に制限はないが、0.5〜5μmの範囲内とすることが好ましい。圧電体116の膜厚が薄い場合、電圧印加時に高電界が印加されるため、耐圧不良等が発生しやすくなることがある。一方、圧電体116の膜厚が厚い場合、生産性が低下すると共に、変位時にクラックが発生しやすくなることがある。   The film thickness of the piezoelectric body 116 is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.5 to 5 μm. When the thickness of the piezoelectric body 116 is small, a high electric field is applied when a voltage is applied, so that a withstand voltage failure or the like may easily occur. On the other hand, when the film thickness of the piezoelectric body 116 is large, productivity is lowered and cracks are likely to occur during displacement.

圧電体116の成膜方法としては、フォトリソグラフィ技術に代表されるサブトラクティブ法や、印刷法に代表されるアディティブ法を採用することができる。サブトラクティブ法の場合の成膜法としては、スパッタリング法によるドライ成膜法と、有機金属化合物の溶液をスピンコート方式等で塗布して焼成するウェット成膜法とが挙げられるが、生産性の観点からウェット成膜法を採用することが好ましい。成膜された圧電体116のパターニング法としては、フォトリソグラフィ技術を使用することが好ましい。サブトラクティブ法を採用した場合、膜厚均一性が高く、パターン加工精度が高いため、得られる圧電素子の圧電性能の均一性が高いという特徴を有する。一方、アディティブ法は、ウェット法となるが、印刷法を用いて所望の領域のみに圧電体116を成膜する方法である。適用する印刷法としては、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクトパターニング法等の方法が挙げられる。この中でも、インクジェット法を採用することが、容易に膜厚を形成可能であり、かつ、版が不要であるため好ましい。   As a method for forming the piezoelectric body 116, a subtractive method typified by a photolithography technique or an additive method typified by a printing method can be employed. Examples of the film formation method in the case of the subtractive method include a dry film formation method by a sputtering method and a wet film formation method in which a solution of an organometallic compound is applied and baked by a spin coat method or the like. From the viewpoint, it is preferable to employ a wet film formation method. As a patterning method of the formed piezoelectric body 116, it is preferable to use a photolithography technique. When the subtractive method is adopted, since the film thickness uniformity is high and the pattern processing accuracy is high, the piezoelectric performance of the obtained piezoelectric element is highly uniform. On the other hand, although the additive method is a wet method, the piezoelectric body 116 is formed only in a desired region using a printing method. Examples of the printing method to be applied include an inkjet method, a screen printing method, a gravure printing method, a flexographic printing method, and a microcontact patterning method. Among these, it is preferable to employ an ink jet method because a film thickness can be easily formed and a plate is unnecessary.

いずれの成膜方法を採用した場合でも、成膜された圧電体116は、焼成して結晶化される。結晶化することにより、圧電体116の圧電性能が向上し、液滴の吐出効率を向上させることができる。この場合、一般的に、500℃〜800℃程度で焼成される。   Regardless of which film forming method is employed, the formed piezoelectric body 116 is fired and crystallized. By crystallizing, the piezoelectric performance of the piezoelectric body 116 is improved, and the droplet ejection efficiency can be improved. In this case, it is generally fired at about 500 ° C to 800 ° C.

なお、圧電素子120の耐環境性、信頼性を高めるための保護膜を形成していても良い。保護膜は、圧電素子120を、製造工程におけるダメージや、空気中の水分等から保護する機能を果たす。保護膜の材料としては、ガスバリア性が高い絶縁体材料を用いることが好ましい。   Note that a protective film for improving the environmental resistance and reliability of the piezoelectric element 120 may be formed. The protective film functions to protect the piezoelectric element 120 from damage in the manufacturing process, moisture in the air, and the like. As a material for the protective film, an insulator material having high gas barrier properties is preferably used.

[絶縁膜及び配線電極]
圧電素子120を構成する上部電極118及び上部電極114に、外部からの駆動用電気信号を印加するために、各電極から信号入力部までの配線を形成する。図2に示すように、上部電極118からは個別電極配線122によって駆動回路接続部に引き出し、上部電極114からは共通電極配線124によって駆動回路接続部に引き出し、ワイヤ126等により駆動回路128に接続する。
[Insulating film and wiring electrode]
In order to apply an external drive electric signal to the upper electrode 118 and the upper electrode 114 constituting the piezoelectric element 120, wiring from each electrode to the signal input portion is formed. As shown in FIG. 2, the upper electrode 118 is led out to the driving circuit connecting portion by the individual electrode wiring 122, and the upper electrode 114 is drawn out to the driving circuit connecting portion by the common electrode wiring 124, and connected to the driving circuit 128 by the wire 126 or the like. To do.

個別電極配線122及び共通電極配線124の配線材料としては、任意の導電性材料を用いることができるが、配線部の発熱及び配線抵抗による電圧降下を防止するために、抵抗が小さい材料を使用することが好ましい。具体的には、金属又は合金材料を使用することが好ましく、より具体的には、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)の群から選択される金属又はこれらを含む合金材料を用いることが好ましい。上述した材料の中でも、エレクトロマイグレーション、イオンマイグレーション等の信頼性やコスト等の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用することが好ましい。   As a wiring material for the individual electrode wiring 122 and the common electrode wiring 124, any conductive material can be used. In order to prevent a voltage drop due to heat generation and wiring resistance of the wiring portion, a material having low resistance is used. It is preferable. Specifically, it is preferable to use a metal or alloy material, and more specifically, aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), titanium (Ti ), A metal selected from the group of tantalum (Ta) and tungsten (W) or an alloy material containing these metals is preferably used. Among the materials described above, it is preferable to use aluminum or an aluminum alloy from the viewpoints of reliability such as electromigration and ion migration and cost.

個別電極配線122及び共通電極配線124の配線厚は、必要な配線抵抗から設定される。これらの配線厚を厚くすることで、狭い配線領域で配線抵抗を低減することができるため、0.2〜5μmの範囲内とすることが好ましく、1〜4μmの範囲内とすることがより好ましい。   The wiring thicknesses of the individual electrode wiring 122 and the common electrode wiring 124 are set based on necessary wiring resistance. By increasing the thickness of these wirings, the wiring resistance can be reduced in a narrow wiring region. Therefore, the thickness is preferably in the range of 0.2 to 5 μm, and more preferably in the range of 1 to 4 μm. .

個別電極配線122及び共通電極配線124の形成方法としては、特に制限はなく、一般的な薄膜形成方法を採用することができ、例えば半導体デバイスの製造分野で使用される、スパッタリング法、蒸着法、化学気相成長法(CVD)等の方法を採用することができる。また、個別電極配線122及び共通電極配線124のパターニング方法としては、特に制限はなく、フォトリソグラフィ技術を利用する方法や、エッチング法、リフトオフ法などの方法を採用することができる。   The method for forming the individual electrode wiring 122 and the common electrode wiring 124 is not particularly limited, and a general thin film forming method can be employed. For example, a sputtering method, a vapor deposition method, A method such as chemical vapor deposition (CVD) can be employed. The patterning method of the individual electrode wiring 122 and the common electrode wiring 124 is not particularly limited, and a method using a photolithography technique, an etching method, a lift-off method, or the like can be employed.

また、個別電極配線122及び/又は共通電極配線124の上層及び/又は下層には、配線の信頼性を向上させるために、他の金属、合金及び/又は導電性化合物を成膜しても良い。   In addition, another metal, an alloy, and / or a conductive compound may be formed on the upper layer and / or the lower layer of the individual electrode wiring 122 and / or the common electrode wiring 124 in order to improve the wiring reliability. .

また、これらの配線電極の下層に、上部電極118及び上部電極114から引き出すために、層間絶縁膜の機能を有する絶縁膜130を形成しても良い。この場合、個別電極配線122と上部電極118とは、絶縁膜130を貫通して形成されるコンタクトホール132を介して接続される。なお、共通電極配線122と上部電極114とは、任意の箇所で接続するように構成できる。   In addition, an insulating film 130 having a function of an interlayer insulating film may be formed below these wiring electrodes in order to draw out from the upper electrode 118 and the upper electrode 114. In this case, the individual electrode wiring 122 and the upper electrode 118 are connected through a contact hole 132 formed so as to penetrate the insulating film 130. The common electrode wiring 122 and the upper electrode 114 can be configured to be connected at an arbitrary location.

また、これらの配線電極の上に、図示しない配線保護(パシベーション)層として絶縁膜を配置しても良い。これにより、配線を腐食等の化学的なダメージから保護することができる。なお、配線電極上に絶縁膜を形成する場合、配線電極上の駆動回路接続部は配線層を露出させる必要があるため、この部分の絶縁膜は、エッチング等の手法で除去される。   Further, an insulating film may be disposed on these wiring electrodes as a wiring protection (passivation) layer (not shown). Thereby, the wiring can be protected from chemical damage such as corrosion. When an insulating film is formed on the wiring electrode, the drive circuit connecting portion on the wiring electrode needs to expose the wiring layer. Therefore, the insulating film in this portion is removed by a technique such as etching.

絶縁膜130の材料としては、絶縁性を有していれば特に制限はなく、例えばSiO、Si、AlN、Al、ZrO、Y、TiO、TiN等の金属酸化物又は窒化物が挙げられる。 The material of the insulating film 130 is not particularly limited as long as it has insulating properties. For example, SiO 2 , Si 3 N 4 , AlN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , TiN, etc. And metal oxides or nitrides thereof.

[保持基板]
本実施形態に係る液滴吐出ヘッド100aは、液滴供給経路である共通液室134を有する保持基板136を、流路基板106の振動板112側に接合して構成される。流路基板106は、前述した通り、一般的に厚さ50〜100μmのシリコンウェハが使用されるが、厚さが薄く強度が不足するために、保持基板136が設けられる。また、圧電素子120は、振動板112、圧電素子116、上部電極118及び下部電極114等の薄膜構造によって構成されるため、物理的損傷及び/又は化学的損傷から圧電素子120を保護する観点からも、保持基板136を形成することが好ましい。
[Holding substrate]
The droplet discharge head 100a according to the present embodiment is configured by bonding a holding substrate 136 having a common liquid chamber 134 serving as a droplet supply path to the vibration plate 112 side of the flow path substrate 106. As described above, the flow path substrate 106 is generally a silicon wafer having a thickness of 50 to 100 μm. However, since the thickness is small and the strength is insufficient, the holding substrate 136 is provided. Further, since the piezoelectric element 120 is configured by a thin film structure such as the diaphragm 112, the piezoelectric element 116, the upper electrode 118, and the lower electrode 114, from the viewpoint of protecting the piezoelectric element 120 from physical damage and / or chemical damage. However, it is preferable to form the holding substrate 136.

保持基板136は、共通液室134と電極の駆動回路接続部との2箇所で貫通穴を有する。   The holding substrate 136 has through holes in two places, the common liquid chamber 134 and the electrode drive circuit connection portion.

保持基板136の接合は、保持基板136と流路基板106との接合領域の高さを概ね揃えることが好ましい。図1で示した断面構造の例では、個別電極配線122、フィルタ部113の周囲が接合領域となっている。この部分の積層構成は、図1の下部から流路基板106、振動板112、層間絶縁膜130、共通配線電極124又は個別配線電極122と、略同一の構成となっている。即ち、接合面の高さは略同一となっているため、接合力が向上し、かつ、接合時のボイドを低減することができる。   In the bonding of the holding substrate 136, it is preferable that the height of the bonding region between the holding substrate 136 and the flow path substrate 106 is substantially uniform. In the example of the cross-sectional structure shown in FIG. 1, the periphery of the individual electrode wiring 122 and the filter portion 113 is a bonding region. The laminated structure of this portion is substantially the same as the flow path substrate 106, the diaphragm 112, the interlayer insulating film 130, the common wiring electrode 124, or the individual wiring electrode 122 from the lower part of FIG. That is, since the height of the joining surface is substantially the same, the joining force can be improved and voids during joining can be reduced.

保持基板136の材料としては、特に制限はないが、強度及び加工性の観点から、ガラス、セラミクス等の材料が挙げられる。   The material of the holding substrate 136 is not particularly limited, and examples thereof include materials such as glass and ceramics from the viewpoint of strength and workability.

また、流路基板106の材料としてシリコンウェハを使用する場合、保持基板136もシリコンウェハを使用することが好ましい。流路基板106と保持基板136とで同一材料を使用することにより、熱膨張係数を揃えることができ、加工中の加熱処理や、プリンタへの実装後の温度変動要因により、反りが生じることを抑制することができる。また、シリコンウェハを使用することにより、既存の半導体デバイス製造技術で確立されている豊富な加工技術を用いることができ、高い生産性で液滴吐出ヘッド100aを製造することができる。   Further, when a silicon wafer is used as the material of the flow path substrate 106, it is preferable that the holding substrate 136 also uses a silicon wafer. By using the same material for the flow path substrate 106 and the holding substrate 136, it is possible to make the thermal expansion coefficient uniform, and warping may occur due to heat treatment during processing and temperature fluctuation factors after mounting on the printer. Can be suppressed. Further, by using a silicon wafer, it is possible to use abundant processing techniques established by existing semiconductor device manufacturing techniques, and it is possible to manufacture the droplet discharge head 100a with high productivity.

保持基板136の厚さとしては、特に制限はなく、所望の強度及び加工性の観点から任意に設定することができる。しかしながら、保持基板136の厚さが厚すぎる場合には、共通液室134等を形成させるための貫通穴の加工に時間がかかるため、生産性が低くなる。一方、保持基板136の厚さが薄すぎる場合には、強度が不足するため、液滴吐出ヘッドの製造過程又は製造後の実装段階で、流路基板106及び/又は保持基板136に機械的損傷が発生することがある。   The thickness of the holding substrate 136 is not particularly limited, and can be arbitrarily set from the viewpoint of desired strength and workability. However, when the holding substrate 136 is too thick, it takes time to process the through hole for forming the common liquid chamber 134 and the like, and thus the productivity is lowered. On the other hand, when the holding substrate 136 is too thin, the strength is insufficient, so that the flow path substrate 106 and / or the holding substrate 136 are mechanically damaged in the manufacturing process of the droplet discharge head or the mounting stage after the manufacturing. May occur.

以上の観点から、保持基板136に例えばシリコンウェハを使用する場合、保持基板136の厚さは、好ましくは300〜700μmであり、より好ましくは300〜500μmである。なお、一般的なφ100〜200mmのシリコンウェハを使用する場合、例えばエッチング等の貫通穴を形成する技術が実用化されており、高い生産性で液滴吐出ヘッドを製造できる。   From the above viewpoint, when a silicon wafer is used as the holding substrate 136, for example, the thickness of the holding substrate 136 is preferably 300 to 700 μm, more preferably 300 to 500 μm. When a general silicon wafer having a diameter of 100 to 200 mm is used, a technique for forming a through hole such as etching has been put into practical use, and a droplet discharge head can be manufactured with high productivity.

保持基板136に形成される共通液室134は、フィルタ部113を介して液滴供給室110へと液滴を供給する。フィルタ部113は、インク中に含まれる異物等が個別液室108内に入り込み、ノズル102に目詰まりが生じるのを防止するフィルタの機能を有している。   The common liquid chamber 134 formed in the holding substrate 136 supplies droplets to the droplet supply chamber 110 via the filter unit 113. The filter unit 113 has a filter function that prevents foreign matter contained in the ink from entering the individual liquid chamber 108 and clogging the nozzle 102.

また、図2に示されるように、保持基板136の、流路基板106との接合面側の圧電素子120の周辺領域は、圧電素子120の変位を阻害しないように、凹状に加工される。この際、凹部の深さ等は、圧電素子120の変位量等に応じて、十分に深くすることが好ましい。より具体的には、ユニモルフ型の圧電素子120の変位量は、一般的に、0.05〜1μm程度である。そのため、凹部の深さは、1μm以上とすることが必須であり、好ましくは10μm以上とする。凹部の深さが小さい場合、接合時に保持基板136と圧電素子120が干渉することがある。また、毛管力によって、接合剤が圧電素子120の周辺領域に付着することがある。一方、凹部の深さが深くなると、加工時間が長くなり、生産性が低下する。また、保持基板136の強度が低下することがある。そのため、凹部の深さは、保持基板136の厚さの50%以下とすることが好ましい。   In addition, as shown in FIG. 2, the peripheral area of the piezoelectric element 120 on the side of the bonding surface of the holding substrate 136 with the flow path substrate 106 is processed into a concave shape so as not to inhibit the displacement of the piezoelectric element 120. At this time, it is preferable that the depth or the like of the recess is sufficiently deep according to the displacement amount of the piezoelectric element 120 or the like. More specifically, the displacement amount of the unimorph type piezoelectric element 120 is generally about 0.05 to 1 μm. Therefore, it is essential that the depth of the recess is 1 μm or more, and preferably 10 μm or more. When the depth of the recess is small, the holding substrate 136 and the piezoelectric element 120 may interfere with each other during bonding. Further, the bonding agent may adhere to the peripheral region of the piezoelectric element 120 due to the capillary force. On the other hand, when the depth of the concave portion is increased, the processing time becomes longer and the productivity is lowered. Further, the strength of the holding substrate 136 may decrease. Therefore, the depth of the recess is preferably 50% or less of the thickness of the holding substrate 136.

[接合剤]
流路基板106と保持基板136との接合剤としては、接合面の材料、所望の接合強度、接合剤の塗布性等の観点から適宜選択することができるが、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂を使用する場合、その硬化方式としては、熱硬化方式、紫外線又は赤外線を照射する光硬化方式、電子線を照射する電子線硬化方式等が挙げられる。
[Bonding agent]
The bonding agent between the flow path substrate 106 and the holding substrate 136 can be appropriately selected from the viewpoints of the material of the bonding surface, desired bonding strength, applicability of the bonding agent, and the like. For example, an epoxy resin or a urethane resin , Silicone resins, acrylic resins and the like. Moreover, when using these resin, as the hardening system, the thermosetting system, the photocuring system which irradiates an ultraviolet-ray or infrared rays, the electron beam curing system which irradiates an electron beam, etc. are mentioned.

また、接合剤の塗布方法としては、特に制限はなく、スピンコート法、印刷法、ディスペンス法等が挙げられる。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a coating method of bonding agent, A spin coat method, a printing method, a dispensing method etc. are mentioned.

接合装置としては、特に制限はなく、例えば流路基板106と保持基板136としてシリコンウェハを使用した場合、市販のウェハレベルパッケージング用の接合装置を使用することができる。また、接合時に加圧しても良い。   The bonding apparatus is not particularly limited. For example, when a silicon wafer is used as the flow path substrate 106 and the holding substrate 136, a commercially available bonding apparatus for wafer level packaging can be used. Moreover, you may pressurize at the time of joining.

次に、本実施形態の液滴吐出ヘッドの個別液室108、液滴供給室110及びこれらを区画する後述する隔壁の構成について、具体的な実施形態を挙げてより詳細に説明する。   Next, the configuration of the individual liquid chamber 108, the droplet supply chamber 110 of the droplet discharge head of the present embodiment, and the partition wall described later that partitions these will be described in detail with specific embodiments.

(第1の実施形態)
図3に、第1の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図を示し、図4に、図3の液滴吐出ヘッドの構成例を説明するための概略図を示す。
(First embodiment)
FIG. 3 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to the first embodiment, and FIG. 4 is a schematic view for explaining a configuration example of the droplet discharge head of FIG.

図3では、説明のために、上部電極118、圧電体116、フィルタ部113、隔壁138、140及び液滴が通る流路を示し、その他の構成については記載を省略している。また、図4では、説明のために、ノズル102、フィルタ部113、隔壁138、140及び液滴が通る流路を示し、その他の構成については記載を省略している。   In FIG. 3, for the sake of explanation, the upper electrode 118, the piezoelectric body 116, the filter unit 113, the partition walls 138 and 140, and the flow path through which the droplet passes are shown, and the description of the other configurations is omitted. Further, in FIG. 4, for the sake of explanation, the nozzle 102, the filter unit 113, the partition walls 138 and 140, and the flow path through which the droplet passes are shown, and the description of the other configurations is omitted.

液滴吐出ヘッド100aにおける、ノズル102の配列方向における、両端部のノズル102は、図4に示されるようにダミーノズルとなっていることが好ましい。   In the droplet discharge head 100a, the nozzles 102 at both ends in the arrangement direction of the nozzles 102 are preferably dummy nozzles as shown in FIG.

前述した通り、液滴の吐出は、下部電極114と上部電極118との間にある圧電体116に電圧を印加することで、実施される。この際、圧電体116の圧電効果により、振動板112が個別液室108側に変位して、個別液室108内に圧力変動が発生し、ノズル102から液滴が吐出される。   As described above, the ejection of droplets is performed by applying a voltage to the piezoelectric body 116 between the lower electrode 114 and the upper electrode 118. At this time, due to the piezoelectric effect of the piezoelectric body 116, the vibration plate 112 is displaced toward the individual liquid chamber 108, a pressure fluctuation occurs in the individual liquid chamber 108, and a droplet is ejected from the nozzle 102.

図3に示す通り、圧電体116は、個別液室108毎(図3の例では個別液室108a〜108e)に、個別化されており、各々の個別液室108を個別に駆動することができる。また、個別液室108も同様に、第1の隔壁138(図3の例では138a〜138f)を介して、ノズル102毎に個別化されている。   As shown in FIG. 3, the piezoelectric body 116 is individualized for each individual liquid chamber 108 (individual liquid chambers 108a to 108e in the example of FIG. 3), and each individual liquid chamber 108 can be individually driven. it can. Similarly, the individual liquid chamber 108 is also individualized for each nozzle 102 via the first partition 138 (138a to 138f in the example of FIG. 3).

液滴供給室110は、第2の隔壁140(図3の例では140a〜140e)により区画されている。これにより、振動板112に形成されるフィルタ部113の強度を確保することができ、信頼性が高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。なお、液滴は、共通液室134(図2参照)、フィルタ部113を介して、液滴供給室110及び個別液室108に供給される。   The droplet supply chamber 110 is partitioned by the second partition 140 (140a to 140e in the example of FIG. 3). Thereby, the strength of the filter portion 113 formed on the diaphragm 112 can be ensured, and a highly reliable droplet discharge head can be obtained. The droplets are supplied to the droplet supply chamber 110 and the individual liquid chamber 108 via the common liquid chamber 134 (see FIG. 2) and the filter unit 113.

液滴供給室110の幅及び第2の隔壁140の幅は、個別液室108のピッチや、流路基板106の厚さなどに応じて、適宜選択することができる。一例としては、ノズルの配列方向において1インチあたり300個の個別液室108を形成した場合、個別液室108のピッチは約85μmとなる。この場合、液滴供給室110の幅は、前記ピッチの50〜95%にあたる40〜80μmの範囲内とすることが好ましく、前記ピッチの70〜90%にあたる50〜75μmの範囲内とすることがより好ましい。液滴供給室110の幅を狭くすると、フィルタ部113の面積が小さくなり、液滴中の遺物に対する耐性が低下することがある。フィルタ部113の面積や数が制約された場合、液滴流路の断面積が小さくなる。そのため、流体抵抗が増大して、単位時間の吐出滴量が低下する。したがって、フィルタ部113の強度を確保できるレベルで、可能な限りフィルタ部113の面積を大きくすることが好ましい。   The width of the droplet supply chamber 110 and the width of the second partition 140 can be appropriately selected according to the pitch of the individual liquid chambers 108, the thickness of the flow path substrate 106, and the like. As an example, when 300 individual liquid chambers 108 are formed per inch in the nozzle arrangement direction, the pitch of the individual liquid chambers 108 is about 85 μm. In this case, the width of the droplet supply chamber 110 is preferably in the range of 40 to 80 μm corresponding to 50 to 95% of the pitch, and in the range of 50 to 75 μm corresponding to 70 to 90% of the pitch. More preferred. When the width of the droplet supply chamber 110 is narrowed, the area of the filter unit 113 is decreased, and the resistance to the relics in the droplet may be reduced. When the area and the number of the filter units 113 are restricted, the cross-sectional area of the droplet channel is reduced. As a result, the fluid resistance increases and the amount of ejected droplets per unit time decreases. Therefore, it is preferable to increase the area of the filter unit 113 as much as possible at a level that can ensure the strength of the filter unit 113.

また、前述した通り、第1の隔壁138によって区画される個別液室108は、各々のノズル102に対応して形成される。ノズルの配列方向における、個別液室108のピッチは、所望の吐出特性に応じて適宜設定することができる。液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドとして使用する場合、所望の画像解像度から、個別液室108のピッチを決定することができる。一例としては、前述した通り、ノズルの配列方向において1インチあたり300ドットの画像を形成する場合、個別液室108のピッチは約85μmとなる。   Further, as described above, the individual liquid chamber 108 partitioned by the first partition 138 is formed corresponding to each nozzle 102. The pitch of the individual liquid chambers 108 in the nozzle arrangement direction can be set as appropriate according to the desired ejection characteristics. When the droplet discharge head is used as an inkjet head, the pitch of the individual liquid chambers 108 can be determined from the desired image resolution. As an example, as described above, when an image of 300 dots per inch is formed in the nozzle arrangement direction, the pitch of the individual liquid chambers 108 is about 85 μm.

個別液室108の幅及び長さは、所望の吐出特性に応じて、適宜設定することができる。この場合、吐出する液滴の物性(例えば、粘度、密度及び表面張力等)、吐出する液滴の体積、吐出周期などによって、適宜設定することができる。例えば、個別液室108のピッチが85μmの場合、個別液室108の幅は、50〜75μmの範囲内とすることが好ましく、55〜70μmの範囲内とすることがより好ましい。一般的に、個別液室108の幅を狭くすると、振動板112の変位幅が狭くなるため、個別液室108の体積変化量が小さくなり、吐出性能(吐出液滴量、吐出速度)が低下する。一方、個別液室108の幅を広くすると、個別液室108を区画する隔壁138の幅が狭くなるため、個別液室108を駆動した場合に隔壁138が変形し、隣接する個別液室108の吐出性能が変動することがある。   The width and length of the individual liquid chamber 108 can be appropriately set according to desired ejection characteristics. In this case, it can be set as appropriate depending on the physical properties (for example, viscosity, density, surface tension, etc.) of the ejected droplet, the volume of the ejected droplet, the ejection cycle, and the like. For example, when the pitch of the individual liquid chambers 108 is 85 μm, the width of the individual liquid chambers 108 is preferably in the range of 50 to 75 μm, and more preferably in the range of 55 to 70 μm. In general, when the width of the individual liquid chamber 108 is narrowed, the displacement width of the diaphragm 112 is narrowed, so that the volume change amount of the individual liquid chamber 108 is small, and the discharge performance (discharge droplet amount, discharge speed) is reduced. To do. On the other hand, when the width of the individual liquid chamber 108 is increased, the width of the partition wall 138 that partitions the individual liquid chamber 108 becomes narrower. Therefore, when the individual liquid chamber 108 is driven, the partition wall 138 is deformed, and Discharge performance may vary.

本実施形態の液滴吐出ヘッド100aは、個別液室108を区画する第1の隔壁138と、液滴供給室110を区画する第2の隔壁140とが、つながっていないという特徴を有する。また、液滴供給室110は、ノズル102の配列方向で隣り合う個別液室108と連通している。このような構造を有することにより、個別液室108同士の相互干渉を低減することができる。   The droplet discharge head 100a of this embodiment has a feature that the first partition 138 that partitions the individual liquid chamber 108 and the second partition 140 that partitions the droplet supply chamber 110 are not connected. Further, the droplet supply chamber 110 communicates with the individual liquid chamber 108 adjacent in the arrangement direction of the nozzles 102. By having such a structure, mutual interference between the individual liquid chambers 108 can be reduced.

本実施形態の液滴吐出ヘッド100aの効果を説明するより具体的な例として、図4の個別液室108bでの相互干渉について、説明する。個別液室108bには、主として、個別液室108bの両隣の個別液室108a及び108cの駆動時に、液滴供給室110b及び110cを介してそれらの駆動圧力が伝播される。そのため、個別液室108aと、個別液室108cとからの圧力の伝播が分散され、相殺し合い、個別液室108bへの影響が小さくなる。   As a more specific example for explaining the effect of the droplet discharge head 100a of the present embodiment, mutual interference in the individual liquid chamber 108b in FIG. 4 will be described. The driving pressure is propagated to the individual liquid chamber 108b through the droplet supply chambers 110b and 110c mainly when the individual liquid chambers 108a and 108c adjacent to the individual liquid chamber 108b are driven. For this reason, the propagation of pressure from the individual liquid chamber 108a and the individual liquid chamber 108c is dispersed and offset, and the influence on the individual liquid chamber 108b is reduced.

一方、図5に、比較の実施形態の液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図を示す。図5に示される比較の実施形態の液滴吐出ヘッド100'において、個別液室108bは、液滴供給室110b及び110cを介して、一方の隣り合う個別液室108cに連通している。しかしながら、個別液室108bは、他方の隣り合う個別液室108aとは連通していない。   On the other hand, FIG. 5 shows a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to a comparative embodiment. In the droplet discharge head 100 ′ of the comparative embodiment shown in FIG. 5, the individual liquid chamber 108b communicates with one adjacent individual liquid chamber 108c via droplet supply chambers 110b and 110c. However, the individual liquid chamber 108b does not communicate with the other adjacent individual liquid chamber 108a.

このような、図5に示される実施形態の液滴吐出ヘッド100'では、個別液室108bは、個別液室108aでの駆動によってのみ、相互干渉を受ける。   In such a droplet discharge head 100 ′ of the embodiment shown in FIG. 5, the individual liquid chamber 108b receives mutual interference only by driving in the individual liquid chamber 108a.

前述した通り、本実施形態の個別液室108bは、ノズル102の配列方向において、両隣の液滴供給室110b及び110cを介して、両隣の個別液室108a及び108cと連通している。そのため、図5の比較の実施形態と比較して、両隣の個別液室108a、108cからの圧力の伝播が約半分となる。即ち、隣接する個別液室108a及び108cの駆動状況の影響を受けづらい、安定して均一に液滴を吐出可能な液滴吐出ヘッドであると言える。   As described above, the individual liquid chamber 108b of the present embodiment communicates with the adjacent individual liquid chambers 108a and 108c via the adjacent droplet supply chambers 110b and 110c in the arrangement direction of the nozzles 102. Therefore, as compared with the comparative embodiment of FIG. 5, the propagation of pressure from the adjacent individual liquid chambers 108a and 108c is about half. That is, it can be said that it is a droplet discharge head that is not easily influenced by the driving conditions of the adjacent individual liquid chambers 108a and 108c, and can discharge droplets stably and uniformly.

また、前述した通り、本実施形態の液滴吐出ヘッド100aは、フィルタ部113が異物により目詰まりしてフィルタ部113の流体抵抗が変動した場合であっても、そのフィルタ部113が配置される液滴供給室110に隣り合う個別液室108に、影響が分配される。そのため、フィルタ部113の異物による悪影響も低減することができる。   Further, as described above, in the droplet discharge head 100a of the present embodiment, the filter unit 113 is disposed even when the filter unit 113 is clogged with foreign matter and the fluid resistance of the filter unit 113 fluctuates. The influence is distributed to the individual liquid chamber 108 adjacent to the droplet supply chamber 110. Therefore, adverse effects due to foreign matter in the filter unit 113 can also be reduced.

さらに、本実施形態の液滴吐出ヘッド100aは、ノズル102の配列方向から見た場合に、個別液室108を区画する第1の隔壁138と、液滴供給室110を区画する第2の隔壁140とが重なっている領域を有する。第1の実施形態の液滴吐出ヘッド100bは、上述の構成を有することにより、液滴供給室108の一部に流体抵抗部109が形成される。   Furthermore, the droplet discharge head 100a of the present embodiment has a first partition 138 that partitions the individual liquid chamber 108 and a second partition that partitions the droplet supply chamber 110 when viewed from the arrangement direction of the nozzles 102. 140 has an overlapping area. The droplet discharge head 100b according to the first embodiment has the above-described configuration, so that a fluid resistance unit 109 is formed in a part of the droplet supply chamber 108.

流体抵抗部109は、個別液室108及び液滴供給室110よりも流体抵抗値が高く設定された流路である。この流体抵抗部109は、ノズル102側から液滴が逆流することを抑制すると共に、液滴供給室110側から流入する液滴の流量を調整する機能を有する。   The fluid resistance unit 109 is a flow path whose fluid resistance value is set higher than that of the individual liquid chamber 108 and the droplet supply chamber 110. The fluid resistance unit 109 has a function of suppressing the reverse flow of the droplet from the nozzle 102 side and adjusting the flow rate of the droplet flowing in from the droplet supply chamber 110 side.

流体抵後部109の長さ、即ち、ノズルの配列方向から見た場合の、第1の隔壁138と第2の隔壁140との間の重なり長さや、流体抵抗部109の幅は、液滴の性質、吐出性能や液滴供給量などに応じて、所望の流体抵抗及び流体のインダクタンスとなるよう、適宜設計することができる。   The length of the fluid trailing portion 109, that is, the overlap length between the first partition 138 and the second partition 140 when viewed from the nozzle arrangement direction, and the width of the fluid resistance portion 109 are determined as follows. Depending on the properties, discharge performance, droplet supply amount, etc., it is possible to design the fluid resistance and fluid inductance as desired.

図6に、比較の実施形態の液滴吐出ヘッドの他の例の上面概略図を示し、図7に、更に他の例の上面概略図を示す。図6及び図7に示される液滴吐出ヘッド100'は、1つの個別液室108内に形成される2つの流体抵抗部109の間に、島部142を有する。このような個別液室108から孤立した島部142を有する構造は、強度が弱いため、液滴吐出ヘッド自体の耐久性が低くなる。図4に示される本実施形態の液滴吐出ヘッド100aは、このような島部を有さないため、強度が高く、耐久性が高い。   FIG. 6 is a schematic top view of another example of the droplet discharge head of the comparative embodiment, and FIG. 7 is a schematic top view of still another example. The droplet discharge head 100 ′ shown in FIGS. 6 and 7 has an island portion 142 between two fluid resistance portions 109 formed in one individual liquid chamber 108. Such a structure having the island part 142 isolated from the individual liquid chamber 108 is weak in strength, so that the durability of the droplet discharge head itself is lowered. Since the droplet discharge head 100a of this embodiment shown in FIG. 4 does not have such an island portion, it has high strength and high durability.

(第2の実施形態)
図8に、第2の実施形態の液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図を示す。第2の実施形態の液滴吐出ヘッド100bは、流体抵抗部109を有さない以外は、第1の実施形態の液滴吐出ヘッド100aと同様の構成を有する。即ち、第2の実施形態の液滴吐出ヘッド100bは、ノズル102の配列方向から見た場合に、個別液室108を区画する第1の隔壁138と、液滴供給室110を区画する第2の隔壁140とが重なっていない。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to the second embodiment. The droplet discharge head 100b according to the second embodiment has the same configuration as the droplet discharge head 100a according to the first embodiment except that the fluid resistance unit 109 is not provided. That is, the droplet discharge head 100b according to the second embodiment has a first partition 138 that partitions the individual liquid chamber 108 and a second partition that partitions the droplet supply chamber 110 when viewed from the arrangement direction of the nozzles 102. The partition wall 140 is not overlapped.

第2の実施形態の液滴吐出ヘッド100bは、液滴の性質、吐出性能や液滴供給量などに応じて流体抵抗部109が不要である場合の、この流体抵抗部109を排除した構成である。   The droplet discharge head 100b according to the second embodiment has a configuration in which the fluid resistance portion 109 is excluded when the fluid resistance portion 109 is not required depending on the properties of the droplet, the discharge performance, the droplet supply amount, and the like. is there.

(第3の実施形態)
図9に、第3の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図を示す。第3の実施形態の液滴吐出ヘッド100cは、流体抵抗部109が第1の実施形態の液滴吐出ヘッド100aとは異なる様態で形成される以外は、第1の実施形態の液滴吐出ヘッド100aと同様の構成を有する。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to the third embodiment. The droplet discharge head 100c according to the third embodiment is the same as the droplet discharge head according to the first embodiment, except that the fluid resistance unit 109 is formed differently from the droplet discharge head 100a according to the first embodiment. It has the same configuration as 100a.

図9に示されるように、第3の実施形態の液滴吐出ヘッド100cは、個別液室108を区画する第1の隔壁138の一部の幅が広くなっている。これによって、その第1の隔壁138に対応する個別液室108には、流体抵抗部109が形成される。   As shown in FIG. 9, in the droplet discharge head 100 c of the third embodiment, a part of the first partition 138 that partitions the individual liquid chamber 108 is wide. As a result, a fluid resistance portion 109 is formed in the individual liquid chamber 108 corresponding to the first partition 138.

第1の実施形態の液滴吐出ヘッド100aでは、1つの個別液室108に対して、2つの流体抵抗部109が形成される。一方、第3の実施形態の液滴吐出ヘッド100cでは、1つの個別液室108に対して、1つの流体抵抗部109が形成される。また、1つの流体抵抗部109に対して、両隣の液滴供給室110との接続のために、接続流路144が2つ形成される。   In the liquid droplet ejection head 100a of the first embodiment, two fluid resistance portions 109 are formed for one individual liquid chamber. On the other hand, in the droplet discharge head 100c of the third embodiment, one fluid resistance portion 109 is formed for one individual liquid chamber. In addition, two connection channels 144 are formed for one fluid resistance unit 109 to connect to the droplet supply chambers 110 adjacent to each other.

第3の実施形態の液滴吐出ヘッド100cの構成は、第1の実施形態の液滴吐出ヘッド100aにおいて説明した効果を有し、かつ、流体抵抗及び流体のインダクタンスを、容易に所望の値にすることが可能となる。   The configuration of the droplet discharge head 100c of the third embodiment has the effects described in the droplet discharge head 100a of the first embodiment, and easily sets the fluid resistance and the fluid inductance to desired values. It becomes possible to do.

(第4の実施形態)
図10に、第4の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図を示す。第4の実施形態の液滴吐出ヘッド100dは、隣り合う液滴供給室110の幅が、互いに異なる点で、第1の実施形態の液滴吐出ヘッドとは異なる。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to the fourth embodiment. The droplet discharge head 100d of the fourth embodiment is different from the droplet discharge head of the first embodiment in that the widths of adjacent droplet supply chambers 110 are different from each other.

第1の実施形態の液滴吐出ヘッドのように、隣り合う液滴供給室の形状が同一の場合、フィルタ部113が形成された振動板112が、吐出動作に伴う個別液室108の圧力変動に応じて共振する場合がある。共振現象が発生した場合、個別液室内の圧力干渉が発生し、吐出性能(例えば、吐出液滴速度、吐出液滴体積)が変動し、駆動安定性が低下する場合がある。   When the shapes of adjacent droplet supply chambers are the same as in the droplet discharge head of the first embodiment, the vibration plate 112 on which the filter unit 113 is formed causes pressure fluctuations in the individual liquid chamber 108 due to the discharge operation. May resonate depending on. When the resonance phenomenon occurs, pressure interference in the individual liquid chamber occurs, and the discharge performance (for example, the discharge droplet speed and the discharge droplet volume) may fluctuate, which may reduce the driving stability.

そのため、本実施の形態においては、隣り合う液滴供給室の形状を異なるものとするために、隣り合う液滴供給室110の幅を、互いに異なる値とする。より具体的には、図10における、液滴供給室110bの幅H2は、隣り合う液滴供給室110a(及び110c)の幅H1(及びH3)と、異なる値となるように設定する。隣り合う液滴供給室110の幅を互いに異なる値とすることにより、振動板112の共振周期を互いにずらすことが可能となるため、個別液室108に関する圧力干渉を緩和することができる。   Therefore, in the present embodiment, in order to make the shapes of the adjacent droplet supply chambers different, the widths of the adjacent droplet supply chambers 110 are set to different values. More specifically, the width H2 of the droplet supply chamber 110b in FIG. 10 is set to be different from the width H1 (and H3) of the adjacent droplet supply chamber 110a (and 110c). By setting the widths of the adjacent droplet supply chambers 110 to different values, the resonance periods of the diaphragm 112 can be shifted from each other, so that pressure interference related to the individual liquid chambers 108 can be reduced.

なお、液滴供給室110の幅は、振動板112の共振周期、流体抵抗、流路のインダクタンスなどに応じて適宜設定することができるが、各々の液滴供給室110の幅に対して、隣り合う液滴供給室110の幅が、±20%以内となることが好ましく、±10%以内とすることがより好ましい。   The width of the droplet supply chamber 110 can be set as appropriate according to the resonance period of the diaphragm 112, the fluid resistance, the inductance of the flow path, etc. The width of adjacent droplet supply chambers 110 is preferably within ± 20%, and more preferably within ± 10%.

(第5の実施形態)
図11に、第5の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図を示す。第5の実施形態の液滴吐出ヘッド100eは、隣り合う液滴供給室110の長さが、互いに異なる点で、第1の実施形態の液滴吐出ヘッドとは異なる。
(Fifth embodiment)
FIG. 11 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to the fifth embodiment. The droplet discharge head 100e of the fifth embodiment is different from the droplet discharge head of the first embodiment in that the lengths of adjacent droplet supply chambers 110 are different from each other.

前述した通り、隣り合う液滴供給室の形状が同一の場合、フィルタ部113が形成された振動板112が、吐出動作に伴う個別液室108の圧力変動に応じて共振する場合がある。共振現象が発生した場合、個別液室内の圧力干渉が発生し、吐出性能(例えば、吐出液滴速度、吐出液滴体積)が変動し、駆動安定性が低下する場合がある。   As described above, when the shapes of the adjacent droplet supply chambers are the same, the vibration plate 112 on which the filter unit 113 is formed may resonate in accordance with the pressure fluctuation of the individual liquid chamber 108 accompanying the discharge operation. When the resonance phenomenon occurs, pressure interference in the individual liquid chamber occurs, and the discharge performance (for example, the discharge droplet speed and the discharge droplet volume) may fluctuate, which may reduce the driving stability.

そのため、本実施の形態においては、隣り合う液滴供給室の形状を異なるものとするために、隣り合う液滴供給室110の長さを、互いに異なる値とする。より具体的には、図11における、液滴供給室110bの幅L2は、隣り合う液滴供給室110a(及び110c)の長さL1(及びL3)と、異なる値となるように設定する。隣り合う液滴供給室110の長さを互いに異なるものとすることにより、振動板112の共振周期を互いにずらすことが可能となるため、個別液室108に関する圧力干渉を緩和することができる。   Therefore, in the present embodiment, the lengths of adjacent droplet supply chambers 110 are set to different values in order to make the shapes of adjacent droplet supply chambers different. More specifically, the width L2 of the droplet supply chamber 110b in FIG. 11 is set to be different from the length L1 (and L3) of the adjacent droplet supply chamber 110a (and 110c). By making the lengths of the adjacent droplet supply chambers 110 different from each other, the resonance periods of the diaphragm 112 can be shifted from each other, so that pressure interference with respect to the individual liquid chambers 108 can be reduced.

なお、液滴供給室110の長さは、振動板112の共振周期、流体抵抗、流路のインダクタンスなどに応じて適宜設定することができる。   The length of the droplet supply chamber 110 can be appropriately set according to the resonance period of the diaphragm 112, fluid resistance, flow path inductance, and the like.

(第6の実施形態)
図12に、第6の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例の上面概略図を示す。第6の実施形態の液滴吐出ヘッド100fは、隣り合う液滴供給室110の各々に対応するフィルタ部113の数が互いに異なる点で、第1の実施形態の液滴吐出ヘッドとは異なる。より具体的には、図12における、液滴供給室110bに対応するフィルタ部113の数と、液滴供給室110a(及び110c)に対応するフィルタ部113の数とが異なるようにする。
(Sixth embodiment)
FIG. 12 is a schematic top view of an example of a droplet discharge head according to the sixth embodiment. The droplet discharge head 100f of the sixth embodiment is different from the droplet discharge head of the first embodiment in that the number of filter units 113 corresponding to each of the adjacent droplet supply chambers 110 is different from each other. More specifically, in FIG. 12, the number of filter units 113 corresponding to the droplet supply chamber 110b is different from the number of filter units 113 corresponding to the droplet supply chamber 110a (and 110c).

隣り合う液滴供給室110の各々に対応するフィルタ部113の数を互いに変えることにより、そのフィルタ部113に対応して振動板112の剛性が変更される。そのため、振動板112の共振周期を互いにずらすことが可能となるため、個別液室108に関する圧力干渉を緩和することができる。   By changing the number of filter parts 113 corresponding to each of the adjacent droplet supply chambers 110, the rigidity of the diaphragm 112 is changed corresponding to the filter part 113. Therefore, since the resonance periods of the diaphragm 112 can be shifted from each other, pressure interference related to the individual liquid chamber 108 can be reduced.

また、第6の実施形態の変形例として、隣り合う液滴供給室110の各々に対応するフィルタ部の径を、互いに異なるようにしても良い。これによって、上述した第6の実施形態の液滴吐出ヘッドと同様の効果が得られる。   As a modification of the sixth embodiment, the diameters of the filter portions corresponding to the adjacent droplet supply chambers 110 may be different from each other. As a result, the same effects as those of the droplet discharge head of the sixth embodiment described above can be obtained.

(第7の実施形態)
本実施形態の液滴吐出ヘッドは、例えば、インクジェット式の画像形成装置のインクジェットヘッドに応用することができる。
(Seventh embodiment)
The droplet discharge head of this embodiment can be applied to, for example, an inkjet head of an inkjet image forming apparatus.

以下に、本実施形態の液滴吐出ヘッドを画像形成装置に適用した実施形態について、図13及び図14を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the liquid droplet ejection head of this embodiment is applied to an image forming apparatus will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

図13に第7の実施形態に係る画像形成装置の一例の概略斜視図を、図14に、該画像形成装置の概略断面図を示す。   FIG. 13 is a schematic perspective view of an example of an image forming apparatus according to the seventh embodiment, and FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the image forming apparatus.

本実施形態の画像形成装置200は、内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ210、キャリッジ210に搭載されたインクジェットヘッド300、インクジェットヘッド300へインクを供給するインクカートリッジ220等で構成される印字機構部230等を有する。   The image forming apparatus 200 according to the present embodiment includes a carriage 210 that can move in the main scanning direction, an inkjet head 300 mounted on the carriage 210, an ink cartridge 220 that supplies ink to the inkjet head 300, and the like. Part 230 and the like.

また、画像形成装置200の下方部には、前方側から多数枚の記録媒体240(用紙240)を積載可能な給紙カセット(給紙トレイ)250を抜き差し自在に装着される。   A paper feed cassette (paper feed tray) 250 on which a large number of recording media 240 (paper 240) can be stacked is detachably attached to the lower part of the image forming apparatus 200 from the front side.

また、画像形成装置200では、用紙240を手差しで給紙するための手差しトレイ255を開倒することができる。そして、給紙カセット250或いは手差しトレイ255から給送された記録媒体240を取り込み、印字機構部220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260に排紙する。   In the image forming apparatus 200, the manual feed tray 255 for manually feeding the paper 240 can be turned over. Then, the recording medium 240 fed from the paper feed cassette 250 or the manual feed tray 255 is taken in, and after a required image is recorded by the printing mechanism unit 220, the paper is discharged to a paper discharge tray 260 mounted on the rear side.

印字機構部220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261と従ガイドロッド262とでキャリッジ210を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ210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インクジェットヘッド300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。   The printing mechanism 220 holds the carriage 210 slidably in the main scanning direction with a main guide rod 261 and a sub guide rod 262 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). The carriage 210 crosses a plurality of ink discharge ports (nozzles) with the main scanning direction through an inkjet head 300 that discharges yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) ink droplets. The ink droplets are mounted with the ink droplet discharge direction facing downward.

キャリッジ210にはインクジェットヘッド300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220を交換可能に装着している。   Each ink cartridge 220 for supplying ink of each color to the inkjet head 300 is replaceably mounted on the carriage 210.

インクカートリッジ220は、上方に大気と連通する大気口を有し、下方にはインクジェットヘッド200へインクを供給する供給口を有する。また、インクカートリッジ220の内部には、インクが充填された多孔質体が配置されており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド300へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。なお、本実施形態では、各色のインクジェットヘッド300を用いるが、インクジェットヘッド300は、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでも良い。   The ink cartridge 220 has an air port that communicates with the atmosphere above, and a supply port that supplies ink to the inkjet head 200 below. A porous body filled with ink is disposed inside the ink cartridge 220, and the ink supplied to the inkjet head 300 is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the porous body. In the present embodiment, the inkjet head 300 for each color is used, but the inkjet head 300 may be a single head having nozzles that eject ink droplets for each color.

キャリッジ210は、後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド261に摺動自在に嵌めて装着され、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド262に摺動自在に載置されている。   The carriage 210 is slidably fitted to the main guide rod 261 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the secondary guide rod 262 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). ing.

キャリッジ210を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ267で回転駆動される駆動プーリ268と従動プーリ269との間には、タイミングベルト270を掛け回し、タイミングベルト270をキャリッジ210に固定している。主走査モータ267の正逆回転によりキャリッジ210が往復駆動される。   In order to move and scan the carriage 210 in the main scanning direction, a timing belt 270 is wound around a driving pulley 268 and a driven pulley 269 that are rotationally driven by a main scanning motor 267, and the timing belt 270 is fixed to the carriage 210. ing. The carriage 210 is driven to reciprocate by forward / reverse rotation of the main scanning motor 267.

また画像形成装置200は、給紙カセット250にセットした用紙240をインクジェットヘッド300の下方側に搬送するために、給紙カセット250から用紙240を分離給紙する給紙ローラ271及びフリクションパッド272と、用紙240を案内するガイド部材273と、給紙された用紙240を反転させて搬送する搬送ローラ274と、を有する。また画像形成装置200は、搬送ローラ274の周面に押し付けられる搬送コロ275及び搬送ローラ274からの用紙240の送り出し角度を規定する先端コロ276を有する。搬送ローラ274は、副走査モータ277によってギヤ列を介して回転駆動される。   The image forming apparatus 200 also includes a paper feed roller 271 and a friction pad 272 that separate and feed the paper 240 from the paper feed cassette 250 in order to transport the paper 240 set in the paper feed cassette 250 to the lower side of the inkjet head 300. And a guide member 273 that guides the paper 240 and a transport roller 274 that reverses and transports the fed paper 240. In addition, the image forming apparatus 200 includes a conveyance roller 275 that is pressed against the circumferential surface of the conveyance roller 274 and a leading end roller 276 that defines a feeding angle of the paper 240 from the conveyance roller 274. The transport roller 274 is rotationally driven by a sub-scanning motor 277 via a gear train.

また、画像形成装置200は、キャリッジ210の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ274から送り出された用紙240をインクジェットヘッド300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279を有する。画像形成装置200において、印写受け部材279の用紙搬送方向下流側には、用紙240を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ281、拍車282が設けられている。さらに、画像形成装置200には、用紙240を排紙トレイ260に送り出す排紙ローラ283及び拍車284と、排紙経路を形成するガイド部材285,286とが配設されている。   In addition, the image forming apparatus 200 includes a printing receiving member 279 that is a paper guide member that guides the paper 240 fed from the transport roller 274 in accordance with the moving range of the carriage 210 in the main scanning direction on the lower side of the inkjet head 300. Have In the image forming apparatus 200, a conveyance roller 281 and a spur 282 that are rotationally driven to send the paper 240 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 279 in the paper conveyance direction. Further, the image forming apparatus 200 is provided with a discharge roller 283 and a spur 284 for sending the paper 240 to the discharge tray 260, and guide members 285 and 286 that form a discharge path.

画像形成装置200は、記録時には、キャリッジ210を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド300を駆動することにより、停止している用紙240にインクを吐出して1行分を記録し、用紙240を所定量搬送後次の行の記録を行う。   During recording, the image forming apparatus 200 drives the inkjet head 300 according to the image signal while moving the carriage 210, thereby ejecting ink onto the stopped paper 240 and recording one line. After the predetermined amount is conveyed, the next line is recorded.

記録終了信号または、用紙240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240を排紙する。   Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 240 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 240 is discharged.

キャリッジ210の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド300の吐出不良を回復するための回復装置287を配置している。回復装置287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210は、印字待機中にはこの回復装置287側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド300をキャッピングし、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。   A recovery device 287 for recovering defective ejection of the inkjet head 300 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 210. The recovery device 287 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 210 is moved to the recovery device 287 side during printing standby, and capping the inkjet head 300 by the capping unit, and keeps the ejection port portion in a wet state, thereby preventing ejection failure due to ink drying.

また、画像形成装置200は、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。   Further, the image forming apparatus 200 discharges ink that is not related to recording during recording or the like, thereby making the ink viscosity of all the ejection ports constant and maintaining stable ejection performance.

画像形成装置200において、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド300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共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て吐出不良が回復される。   In the image forming apparatus 200, when an ejection failure occurs, the ejection port (nozzle) of the inkjet head 300 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out together with the ink from the ejection port through the tube by the suction unit. Ink, dust, etc. adhering to the ink are removed by the cleaning means to recover the ejection failure.

また、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。   Further, 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.

以上、本実施形態の画像形成装置200は、インクジェットヘッド300として、本実施形態の液滴吐出ヘッドを使用しているため、駆動不良によるインク滴吐出不良が少なく、安定したインク滴吐出特性が得られる画像形成装置である。   As described above, since the image forming apparatus 200 according to the present embodiment uses the droplet discharge head according to the present embodiment as the inkjet head 300, there are few ink droplet discharge failures due to drive failure and stable ink droplet discharge characteristics can be obtained. Image forming apparatus.

なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。   It should be noted that the present invention is not limited to the configuration shown here, such as a combination with other elements in the configuration described in the above embodiment. These points can be changed without departing from the spirit of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.

100 液滴吐出ヘッド
102 ノズル
104 ノズル板
106 流路基板
108 個別液室
109 流体抵抗部
110 液滴供給室
112 振動板
113 フィルタ部(供給口)
114 下部電極
116 圧電体
118 上部電極
120 圧電素子
122 個別電極
124 共通電極
126 ワイヤ
128 駆動回路
130 層間絶縁膜
132 コンタクトホール
134 共通液室
136 保持基板
138 第1の隔壁
140 第2の隔壁
142 島部
144 接続流路
200 画像形成装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Droplet discharge head 102 Nozzle 104 Nozzle plate 106 Flow path board | substrate 108 Individual liquid chamber 109 Fluid resistance part 110 Droplet supply chamber 112 Vibration plate 113 Filter part (supply port)
114 Lower electrode 116 Piezoelectric body 118 Upper electrode 120 Piezoelectric element 122 Individual electrode 124 Common electrode 126 Wire 128 Drive circuit 130 Interlayer insulating film 132 Contact hole 134 Common liquid chamber 136 Holding substrate 138 First partition 140 Second partition 142 Island 144 Connection channel 200 Image forming apparatus

特開2013−993号公報JP2013-993A

Claims (12)

インクを吐出するノズルが複数配列して形成されたノズル板と、
前記ノズルに連通すると共に、前記ノズルの各々に対応して形成され、隔壁により区画された複数の個別液室と、前記個別液室に連通し、隔壁により区画された複数の液滴供給室と、が形成された流路基板と、
前記液滴供給室に対応する位置に、液滴の供給口が形成された振動板と、
前記振動板上の前記個別液室に対応する位置に形成された圧電素子と、
を有し、
前記個別液室を区画する隔壁と前記液滴供給室を区画する隔壁は繋がっておらず、前記液滴供給室は、前記ノズルの配列方向で隣り合う前記個別液室に連通する、
液滴吐出ヘッド。
A nozzle plate formed by arranging a plurality of nozzles for ejecting ink;
A plurality of individual liquid chambers formed in correspondence with each of the nozzles and partitioned by a partition; and a plurality of droplet supply chambers connected to the individual liquid chamber and partitioned by the partition; A flow path substrate on which is formed,
A diaphragm having a droplet supply port formed at a position corresponding to the droplet supply chamber;
A piezoelectric element formed at a position corresponding to the individual liquid chamber on the diaphragm;
Have
The partition partitioning the individual liquid chamber and the partition partitioning the droplet supply chamber are not connected, and the droplet supply chamber communicates with the individual liquid chamber adjacent in the arrangement direction of the nozzles,
Droplet discharge head.
前記ノズルの配列方向から見た場合に、前記個別液室を区画する隔壁と前記液滴供給室を区画する隔壁とは重なっている領域を有する、
請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
When viewed from the direction of arrangement of the nozzles, the partition wall partitioning the individual liquid chamber and the partition wall partitioning the droplet supply chamber have an overlapping area.
The droplet discharge head according to claim 1.
前記個別液室を区画する隔壁の一部の幅が広くなっている、
請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
The width of a part of the partition wall that divides the individual liquid chamber is widened.
The droplet discharge head according to claim 1.
1つの前記液滴供給室に対して、複数の前記供給口が形成される、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
A plurality of the supply ports are formed for one droplet supply chamber.
The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 3.
両端部に配置された前記ノズルはダミーノズルである、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
The nozzles arranged at both ends are dummy nozzles,
The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 4.
前記液滴は、画像形成用のインクである、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
The droplet is an image forming ink.
The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 5.
前記ノズルの配列方向で隣り合う前記液滴供給室の幅は互いに異なる、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
The widths of the droplet supply chambers adjacent in the arrangement direction of the nozzles are different from each other.
The liquid droplet ejection head according to claim 1.
前記ノズルの配列方向で隣り合う前記液滴供給室の長さは互いに異なる、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
The lengths of the droplet supply chambers adjacent in the nozzle arrangement direction are different from each other.
The liquid droplet ejection head according to claim 1.
1つの前記液滴供給室に対応して、複数の前記供給口が形成されており、
前記ノズルの配列方向で隣り合う前記液滴供給室の各々に対応する前記複数の供給口の流体抵抗値が異なる、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
A plurality of the supply ports are formed corresponding to one of the droplet supply chambers,
The fluid resistance values of the plurality of supply ports corresponding to each of the droplet supply chambers adjacent in the arrangement direction of the nozzles are different.
The droplet discharge head according to claim 1.
1つの前記液滴供給室に対応して、複数の前記供給口が形成されており、
前記ノズルの配列方向で隣り合う前記液滴供給室の各々に対応する前記複数の供給口の数は互いに異なる、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
A plurality of the supply ports are formed corresponding to one of the droplet supply chambers,
The number of the plurality of supply ports corresponding to each of the droplet supply chambers adjacent in the nozzle arrangement direction is different from each other.
The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 9.
1つの前記液滴供給室に対応して、複数の前記供給口が形成されており、
前記ノズルの配列方向で隣り合う前記液滴供給室の各々に対応する前記複数の供給口の径は互いに異なる、
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
A plurality of the supply ports are formed corresponding to one of the droplet supply chambers,
The diameters of the plurality of supply ports corresponding to each of the droplet supply chambers adjacent in the arrangement direction of the nozzles are different from each other.
The droplet discharge head according to claim 1.
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 1.
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JP2019147287A (en) * 2018-02-27 2019-09-05 株式会社リコー Liquid discharge head, liquid discharge unit, and liquid-discharging device

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