JP2022049855A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ＳＯＩ基板を用いたノズルプレートにおける反りを低減できる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】ノズル４を有するノズルプレート１１０と、前記ノズルに連通する個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧するアクチュエータと、を備え、前記ノズルプレートは、第１のＳｉ層１０１と、第２のＳｉ層１０３と、前記第１のＳｉ層及び前記第２のＳｉ層に挟まれた第１のＳｉ酸化膜層１０２と、を有する基板からなり、前記基板において前記第１のＳｉ層は液体吐出面側に配置され、前記第１のＳｉ層の厚みは、前記第２のＳｉ層の厚みよりも小さく、前記基板は、前記ノズルと連通する貫通孔８０を有し、前記第１のＳｉ層を貫通する前記貫通孔の径の大きさは、前記第２のＳｉ層を貫通する前記貫通孔の径の大きさよりも小さく、前記第２のＳｉ層は、前記第１のＳｉ酸化膜層と接する面とは異なる面に、第２のＳｉ酸化膜層１０４を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置に関する。
インクジェット記録装置は、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更にはインクの自由度があり安価な普通紙を使用できるなど多くの利点があるために、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として広く展開されている。
インクジェット記録装置において使用するインクジェットヘッドの性能として最も重要な項目は、インク滴を紙面に垂直に飛ばすことであり、インク滴の吐出の傾きが発生すると画像中にスジが入り、画像の品質が損なわれてしまう。この問題を解消するためには、インクの吐出口であるノズルの形状が非常に重要となる。
ノズルが形成されるノズルプレートにおいて、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板に対するＳｉエッチング及びＳｉＯ２エッチング技術を活用した２段ノズルプレートの製造技術が知られている。ＳＯＩは一方のＳｉ層と他方のＳｉ層とでＳｉ酸化膜層を挟んだ構造を有し、一般的にＬＳＩの製造に利用されている。このような２段ノズルプレートの作製としては、例えば、シリコンに対するエッチング選択比が高いＳｉ酸化膜層の性質を利用してＳＯＩウェハを研削により薄膜化し、その表裏にパターニングを行い、エッチングにより加工を行う工程を行う。
しかし、ＳＯＩを用いて形成された従来の２段ノズルプレートでは、Ｓｉ酸化膜層の残留応力により、一方のＳｉ層の方向に反りが発生してしまう。上記製造工程において薄膜化を行うと、Ｓｉ酸化膜層の残留応力によりウェハの反りが顕著になり、ウェハの反り量が面内でばらつくことで外観検査時のフォーカス点数が増加し、検査時間が増大してしまう。
従来技術では、特許文献１に２段ノズルの表面に液滴保護膜（Ｓｉ酸化膜）を成膜する手法が開示されている。特許文献１は、ノズル基板の液滴吐出面に形成された液滴保護膜の剥離又は破損の発生を抑制することを目的としてなされている。
特許文献１ではノズル基板に単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いることが記載されており、特許文献１はＳＯＩ基板を用いた２段ノズルプレートに該当せず、ＳＯＩ基板を用いた場合の反りという課題が生じない。そのため従来技術においては、ＳＯＩ基板を用いたノズルプレートにおける反りの低減はいまだ解決できていない。
そこで本発明は、ノズルプレートにおける反り、特にＳＯＩ基板を用いたノズルプレートにおける反りを低減できる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、ノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルに連通する個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧するアクチュエータと、を備え、前記ノズルプレートは、第１のＳｉ層と、第２のＳｉ層と、前記第１のＳｉ層及び前記第２のＳｉ層に挟まれた第１のＳｉ酸化膜層と、を有する基板からなり、前記基板において前記第１のＳｉ層は液体吐出面側に配置され、前記第１のＳｉ層の厚みは、前記第２のＳｉ層の厚みよりも小さく、前記基板は、前記ノズルと連通する貫通孔を有し、前記第１のＳｉ層を貫通する前記貫通孔の径の大きさは、前記第２のＳｉ層を貫通する前記貫通孔の径の大きさよりも小さく、前記第２のＳｉ層は、前記第１のＳｉ酸化膜層と接する面とは異なる面に、第２のＳｉ酸化膜層を有することを特徴とする。
本発明によれば、ノズルプレートにおける反り、特にＳＯＩ基板を用いたノズルプレートにおける反りを低減できる。
ＳＯＩを説明するための断面概略図である。 従来例に係る液体吐出ヘッドの断面概略図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における断面概略図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例における断面概略図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例における断面概略図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例における他の断面概略図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例における断面概略図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例における斜視概略図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例における概略図である。 ヘッドユニットの一例における概略図である。 液体循環装置の一例におけるブロック説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の他の例における概略図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の他の例における概略図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの一例における概略図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例における概略図である。
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
本発明の液体吐出ヘッドは、ノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルに連通する個別液室と、前記個別液室内の液体を加圧するアクチュエータと、を備え、前記ノズルプレートは、第１のＳｉ層と、第２のＳｉ層と、前記第１のＳｉ層及び前記第２のＳｉ層に挟まれた第１のＳｉ酸化膜層と、を有する基板からなり、前記基板において前記第１のＳｉ層は液体吐出面側に配置され、前記第１のＳｉ層の厚みは、前記第２のＳｉ層の厚みよりも小さく、前記基板は、前記ノズルと連通する貫通孔を有し、前記第１のＳｉ層を貫通する前記貫通孔の径の大きさは、前記第２のＳｉ層を貫通する前記貫通孔の径の大きさよりも小さく、前記第２のＳｉ層は、前記第１のＳｉ酸化膜層と接する面とは異なる面に、第２のＳｉ酸化膜層を有することを特徴とする。
本実施形態におけるノズルプレートは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）からなる。図１に、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の断面概略図を示す。
ＳＯＩは、第１のＳｉ層１０１と、第２のＳｉ層１０３と、第１のＳｉ層１０１及び第２のＳｉ層１０３に挟まれた第１のＳｉ酸化膜層１０２とを有する。ＳＯＩは、Ｓｉに対する選択比の高いＳｉ酸化膜層を一方のＳｉ層と他方のＳｉ層とで挟んだ構造を有している。
ＳＯＩウェハは、Ｓｉ基板の表面を酸化させ、その片面にＳｉ基板を貼り付けて製造することから、その板厚のばらつきは数百ｎｍに抑えられる。この点も踏まえて、２段ノズルプレートでＳＯＩを用いる理由としては、インクジェットのノズル孔となる小径円筒部の高さの制御を高精度に行えることが挙げられる。
ＳＯＩを用いた２段ノズルプレートの作製としては、例えば、シリコンに対するエッチング選択比が高いＳｉ酸化膜層の性質を利用してＳＯＩウェハを研削により薄膜化し、その表裏にパターニングを行い、エッチングにより加工を行う工程を行う。
図２に、ＳＯＩを用いた従来の２段ノズルプレートの断面概略図を示す。
従来技術では、上記製造工程において薄膜化を行うと、Ｓｉ酸化膜層の残留応力により第１のＳｉ層１０１の方向にウェハの反りが顕著に発生してしまう。ウェハの反りが生じると、ウェハの反り量が面内でばらつき、外観検査時のフォーカス点数が増加し、検査時間が増大してしまう。
図３に、本実施形態におけるＳＯＩを用いた２段ノズルプレートの断面概略図を示す。
図２と異なる箇所としては、第２のＳｉ酸化膜層１０４を形成している点が挙げられる。本実施形態において、第２のＳｉ層１０３は、第１のＳｉ酸化膜層１０２と接する面とは異なる面に第２のＳｉ酸化膜層１０４を有している。第１のＳｉ酸化膜層１０２と接する面とは異なる面として、ここでは、第１のＳｉ酸化膜層１０２と接する面と対向する面としており、第２のＳｉ層１０３は、第１のＳｉ酸化膜層１０２と接する面と対向する面に第２のＳｉ酸化膜層１０４を有している。
第２のＳｉ酸化膜層１０４を形成することで、第２のＳｉ酸化膜層１０４の残留応力により、第１のＳｉ酸化膜層１０２から生じる残留応力を打ち消すことができ、ウェハの反りを低減することができる。ウェハの反りを低減することにより、ウェハの反り量が面内でばらつくことを抑え、外観検査時のフォーカス点数が増加することを防止し、検査時間が増大することを抑制できる。
次に、図３に基づいて本実施形態の詳細を説明する。
本実施形態におけるノズルプレート１１０は、ノズル４を有しており、第１のＳｉ層１０１と、第２のＳｉ層１０３と、第１のＳｉ層１０１及び第２のＳｉ層１０３に挟まれた第１のＳｉ酸化膜層１０２と、を有するＳＯＩからなる。
ノズルプレート１１０において、第１のＳｉ層１０１は液体吐出面側に配置されており、図３においては紙面の上側を液体吐出面側としている。
吐出曲がりを防止するためには、第１のＳｉ層１０１の厚みを１５μｍ程度以下に抑制する必要がある。また、ウェハ状態での剛性を確保するために、第１のＳｉ層１０１と第２のＳｉ層１０３の厚みの合計は５０μｍ以上が好ましい。その結果、第１のＳｉ層１０１の厚みは、第２のＳｉ層１０３の厚みよりも小さくなっている。
ノズルプレート１１０におけるＳＯＩは、ノズル４と連通する貫通孔８０を有している。本実施形態において、第１のＳｉ層１０１を貫通する貫通孔８０の径の大きさ（図中ａ）は、第２のＳｉ層１０３を貫通する貫通孔８０の径の大きさ（図中ｂ）よりも小さい。この関係を満たすことにより、ＳＯＩを用いたノズルプレートにおいて２段ノズルプレートとすることができる。
ノズルプレートにおいては、ノズルの出口の径が小さいほど微少なインク滴を吐出することができ、画像の解像度が向上し、高品質な画像を形成できる。一方で、ノズルやノズルに連通する貫通孔の容積が小さいと、流体抵抗が増大してしまい、吐出制御の自由度が損なわれてしまう。そのため、ノズル出口の径を小さくし、かつ流体抵抗を低減する目的から、２段の形状が好ましいといえる。また、貫通孔８０は本実施形態のように基板に垂直な方向であることが好ましい。この場合、より精度良く、ノズルから液滴を吐出することができる。
２段ノズルプレートにおいては、貫通孔８０の小径部の深さ、換言すると、第１のＳｉ層１０１と第１のＳｉ酸化膜層１０２の合計の厚みを考慮することが好ましい。第１のＳｉ層１０１と第１のＳｉ酸化膜層１０２の合計の厚みは、第２のＳｉ層１０３の厚みよりも小さいことが好ましい。貫通孔８０の小径部の深さが大きすぎる場合、流体抵抗が増えて吐出特性が損なわれる場合があるため、上記の関係を満たすことにより、流体抵抗が増えることを防止し、吐出特性を向上させることができる。
また、インクを吐出させる際、インクの液面はノズル出口円筒内に留める必要があり、この液面が貫通孔８０の大径部側に達してしまうと、吐出特性が大きく損なわれてしまうことがある。そのため、第１のＳｉ層１０１と第１のＳｉ酸化膜層１０２の合計の厚みは、５０μｍ以上であることが好ましい。この場合、インクの液面を第１のＳｉ層１０１又は第１のＳｉ酸化膜層１０２の位置に留めやすくなり、吐出特性が損なわれることを抑制できる。
本実施形態において、基板に垂直な方向の剛性中心は第２のＳｉ層１０３内に存在する。第１のＳｉ酸化膜層１０２よりも第２のＳｉ酸化膜層１０４の方が剛性中心に近いため、第１のＳｉ酸化膜層１０２と第２のＳｉ酸化膜層１０４の応力を釣り合わせるためには、第１のＳｉ酸化膜層１０２の厚みが第２のＳｉ酸化膜層１０４膜厚よりも大きいことが好ましい。
本実施形態におけるノズルプレートの作製方法としては、適宜選択、変更することができる。ノズルプレートの作製においては、例えば、金属板にプレスで穴を開けるプレス工法、Ｓｉ基板をエッチングして穴を開けるドライエッチング工法が挙げられる。形状の制御性の高さから、ドライエッチング工法を用いることが好ましい。
例えば、図１に示すようなＳＯＩに対してＳｉのドライエッチングを行う。ＳｉエッチングがＳｉ酸化膜層に達した場合、そこで深さ方向のエッチングがストップする。ＳＯＩ基板の厚さは数百ｎｍの単位で制御できるため、出口小径部分の長さを制御しやすい。
従来の２段ノズルプレートでは、出口小径部分を加工した後、逆面の研削を行って薄膜化し、研削面から大径部分を加工し、最後にＳｉ酸化膜層を取り除いて作製を行う例が広く知られている。
これに対して、本実施形態では、例えばＳＯＩ基板に対し熱酸化処理を実施することで、第２のＳｉ酸化膜層１０４とノズル出口側に酸化膜層（図示無し）を成膜する。その後、ノズル出口側の酸化膜層をエッチングにより除去する。次いで、ドライエッチングにより貫通孔４を形成する。その後、研磨処理を実施し、ウェハの厚みを例えば５０μｍとし、最後にドライエッチングにより貫通孔８０を形成する。このようにして、本実施形態における、ＳＯＩを用いた２段ノズルプレートを作製する。これにより、第２のＳｉ酸化膜層１０４の残留応力により、第１のＳｉ酸化膜層１０２から生じる残留応力を打ち消すことができ、ウェハの反りを低減することができる。
次に、本実施形態における他の例を説明する。図４に、本例を説明するための断面概略図を示す。図４は、図３と同様の断面図である。
本発明において、第２のＳｉ層１０３は、第１のＳｉ酸化膜層１０２と接する面とは異なる面に、第２のＳｉ酸化膜層１０４を有している。そのため、第２のＳｉ酸化膜層１０４が設けられる箇所は図３に示されるものに限られず、第１のＳｉ酸化膜層１０２から生じる残留応力を打ち消すことができれば適宜変更することができる。本例のように、第２のＳｉ層１０３における貫通孔８０側の面に第２のＳｉ酸化膜層１０４を形成してもよい。
上述のように、第２のＳｉ酸化膜層１０４が形成される箇所は適宜変更することができる。図４に示すように、第２のＳｉ層１０３における貫通孔８０側の面のみに第２のＳｉ酸化膜層１０４が形成される場合であっても、第１のＳｉ酸化膜層１０２から生じる残留応力を打ち消すことができ、本発明の効果が得られる。一方、第１のＳｉ酸化膜層１０２から生じる残留応力を打ち消すという観点からは、第１のＳｉ酸化膜層１０２と接する面と対向する面、及び、第２のＳｉ層１０３における貫通孔８０側の面に第２のＳｉ酸化膜層１０４が形成されていることがより好ましい。この場合、第１のＳｉ酸化膜層１０２から生じる残留応力を更に打ち消すことができる。また、製造工程の観点も考慮すると、図３に示すように、第１のＳｉ酸化膜層１０２と接する面と対向する面のみに第２のＳｉ酸化膜層１０４が形成されていることが更に好ましい。
以下、本発明の実施形態の基本構成について添付図面を参照して説明する。図５は同実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（圧力室長手方向）に沿う断面説明図、図６は同じくノズル配列方向に沿う断面説明図である。
本実施形態の液体吐出ヘッド１００は、ノズル板１と、個別流路部材である流路板２と、壁面部材としての振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３の振動領域（振動板）３０を変位させる圧電アクチュエータ１１（アクチュエータ）と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通流路部材２０とを備えている。なお、以下、個別液室を圧力室とも称する。
ノズル板１は、液体を吐出する複数のノズル４を有している。
流路板２は、複数のノズル４に通じる複数の圧力室６と、各圧力室６にそれぞれ通じる個別流路である個別供給流路７と、１又は複数（本実施形態では１つ）の個別供給流路７に通じる液導入部となる中間供給流路８を形成している。
振動板部材３は、流路板２の圧力室６の壁面を形成する変位可能な複数の振動板（振動領域）３０を有する。ここでは、振動板部材３は２層構造（限定されない）とし、流路板２側から薄肉部を形成する第１層３Ａと、厚肉部を形成する第２層３Ｂで構成されている。
そして、薄肉部である第１層３Ａで圧力室６に対応する部分に変形可能な振動領域３０を形成している。振動領域３０内には、第２層３Ｂで圧電アクチュエータ１１と接合する厚肉部である凸部３０ａを形成している。
そして、振動板部材３の圧力室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０を変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。
この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接合した圧電部材にハーフカットダイシングによって溝加工をして、ノズル配列方向において、所要数の柱状の圧電素子１２を所定の間隔で櫛歯状に形成している。そして、圧電素子１２は、振動板部材３の振動領域３０に形成した厚肉部である凸部３０ａに接合している。
この圧電素子１２は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極（端面電極）に接続され、外部電極にフレキシブル配線部材１５が接続されている。
共通流路部材２０は複数の圧力室６に通じる共通供給流路１０を形成している。共通供給流路１０は、振動板部材３に設けた開口部９を介して液導入部となる中間供給流路８に連通し、中間供給流路８を介して個別供給流路７に通じている。
この液体吐出ヘッド１００においては、例えば圧電素子１２に与える電圧を基準電位（中間電位）から下げることによって圧電素子１２が収縮し、振動板部材３の振動領域３０が引かれて圧力室６の容積が膨張することで、圧力室６内に液体が流入する。
その後、圧電素子１２に印加する電圧を上げて圧電素子１２を積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４に向かう方向に変形させて圧力室６の容積を収縮させることにより、圧力室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出される。
図７は、更に他の実施形態における液体吐出ヘッドの斜視図であり、図８は、本実施形態における液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（圧力室長手方向）に沿う断面説明図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１００は、循環型液体吐出ヘッドであり、ノズル板１と、流路板２と、壁面部材としての振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３の振動領域（振動板）３０を変位させる圧電アクチュエータ１１と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通流路部材２０とを備えている。
そして、流路板２は、複数のノズル４に各々ノズル連通路５を介して通じる複数の圧力室６と、複数の圧力室６に各々通じる複数の流体抵抗部を兼ねる個別供給流路７と、２以上の個別供給流路７に通じる１又は複数の液導入部となる中間供給流路８などを形成している。
個別供給流路７は、前記実施形態と同様に、個別供給流路７は、圧力室６よりも流体抵抗が高い２つの第１流路部７Ａ及び第２流路部７Ｂと、第１流路部７Ａと第２流路部７Ｂとの間に配置され、第１流路部７Ａ及び第２流路部７Ｂよりも流体抵抗が低い第３流路部７Ｃとを含む。
なお、流路板２は、複数枚の板状部材２Ａ～２Ｅを積層して構成しているが、これに限るものではない。
また、流路板２は、複数の圧力室６にノズル連通路５を介して各々通じる流路板２の面方向に沿う複数の個別回収流路５７と、２以上の個別回収流路５７に通じる１又は複数の液導出部となる中間回収流路５８を形成している。
個別回収流路５７は、圧力室６よりも流体抵抗が高い２つの第１流路部５７Ａ及び第２流路部５７Ｂと、第１流路部５７Ａと第２流路部５７Ｂとの間に配置され、第１流路部５７Ａ及び第２流路部５７Ｂよりも流体抵抗が低い第３流路部５７Ｃとを含む。個別回収流路５７は、第２流路部５７Ｂよりも循環方向において下流側となる流路部５７Ｄは第３流路部５７Ｃと同じ流路幅にしている。
共通流路部材２０は、共通供給流路１０と共通回収流路５０とを形成している。なお、本実施形態においては、共通供給流路１０は、ノズル配列方向において共通回収流路５０と並ぶ流路部分１０Ａと、共通回収流路５０と並ばない流路部分１０Ｂとで構成している。
共通供給流路１０は、振動板部材３に設けた開口部９を介して液導入部となる中間供給流路８に連通し、中間供給流路８を介して個別供給流路７に通じている。共通回収流路５０は、振動板部材３に設けた開口部５９を介して液導出部となる中間回収流路５８に連通し、中間回収流路５８を介して個別回収流路５７に通じている。
また、共通供給流路１０は供給ポート７１に通じ、共通回収流路５０は回収ポート７２に通じている。
なお、その他の振動板部材３の層構成、圧電アクチュエータ１１の構成などは、前記第１実施形態と同様である。
この液体吐出ヘッド１００においても、前記第１実施形態と同様にして、圧電素子１２を積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４に向かう方向に変形させて圧力室６の容積を収縮させることにより、圧力室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出される。
また、ノズル４から吐出されない液体はノズル４を通過して個別回収流路５７から共通回収流路５０に回収され、共通回収流路５０から外部の循環経路を通じて共通供給流路１０に再度供給される。また、ノズル４から液体吐出を行っていないときも、共通供給流路１０から圧力室６を経て共通回収流路５０に液体が循環し、外部の循環経路を通じて共通供給流路１０に再度供給される。
本実施形態においても、簡単な構成で、液体吐出に伴う圧力変動を減衰して、共通供給流路１０、共通回収流路５０に対する伝搬を抑制することができる。
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図９及び図１０を参照して説明する。図９は同装置の概略説明図、図１０は同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。
この液体を吐出する装置である印刷装置５００は、連続体５１０を搬入する搬入手段５０１と、搬入手段５０１から搬入された連帳紙、シート材などの連続体５１０を印刷手段５０５に案内搬送する案内搬送手段５０３と、連続体５１０に対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う印刷手段５０５と、連続体５１０を乾燥する乾燥手段５０７と、連続体５１０を搬出する搬出手段５０９などを備えている。
連続体５１０は搬入手段５０１の元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、搬出手段５０９の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段５０９の巻取りローラ５９１にて巻き取られる。
この連続体５１０は、印刷手段５０５において、搬送ガイド部材５５９上をヘッドユニット５５０及びヘッドユニット５５５に対向して搬送され、ヘッドユニット５５０から吐出される液体によって画像が形成され、ヘッドユニット５５５から吐出される処理液で後処理が行われる。
ここで、ヘッドユニット５５０には、例えば、搬送方向上流側から、４色分のフルライン型ヘッドアレイ５５１Ａ、５５１Ｂ、５５１Ｃ、５５１Ｄ（以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ５５１」という。）が配置されている。
各ヘッドアレイ５５１は、液体吐出手段であり、それぞれ、搬送される連続体５１０に対してブラックＫ，シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの液体を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。
ヘッドアレイ５５１は、例えば、本発明に係る液体吐出ヘッド（これを、単に「ヘッド」ともいう。）１００をベース部材５５２上に千鳥状に並べて配置したものであるが、これに限らない。
次に、液体循環装置の一例について図１１を参照して説明する。図１１は同循環装置のブロック説明図である。なお、ここでは１つのヘッドのみ図示しているが、複数のヘッドを配列する場合には、マニホールドなどを介して複数のヘッドの供給側、回収側にそれぞれ供給側液体経路、回収側液体経路を接続することになる。
液体循環装置６００は、供給タンク６０１、回収タンク６０２、メインタンク６０３、第１送液ポンプ６０４、第２送液ポンプ６０５、コンプレッサ６１１、レギュレータ６１２、真空ポンプ６２１、レギュレータ６２２、供給側圧力センサ６３１、回収側圧力センサ６３２などで構成されている。
ここで、コンプレッサ６１１及び真空ポンプ６２１は、供給タンク６０１内の圧力と回収タンク６０２内の圧力とに差圧を生じさせる手段を構成している。
供給側圧力センサ６３１は、供給タンク６０１とヘッド１００との間であって、ヘッド１００の供給ポート７１に繋がった供給側液体経路に接続されている。回収側圧力センサ６３２は、ヘッド１と回収タンク６０２との間であって、ヘッド１００の回収ポート７２に繋がった回収側液体経路に接続されている。
回収タンク６０２の一方は、第１送液ポンプ６０４を介して供給タンク６０１と接続されており、回収タンク６０２の他方は第２送液ポンプ６０５を介してメインタンク６０３と接続されている。
これにより、供給タンク６０１から供給ポート７１を通ってヘッド１００内に液体が流入し、回収ポート７２から回収タンク６０２へ回収され、第１送液ポンプ６０４によって回収タンク６０２から供給タンク６０１へ液体が送られることによって、液体が循環する循環経路が構成される。
ここで、供給タンク６０１にはコンプレッサ６１１がつなげられており、供給側圧力センサ６３１で所定の正圧が検知されるように制御される。一方、回収タンク６０２には真空ポンプ６２１がつなげられており、回収側圧力センサ６３２で所定の負圧が検知されるよう制御される。
これにより、ヘッド１００内を通って液体を循環させつつ、メニスカスの負圧を一定に保つことができる。
また、ヘッド１００のノズル４から液体を吐出すると、供給タンク６０１及び回収タンク６０２内の液体量が減少していく。そのため、適宜、第２送液ポンプ６０５を用いて、メインタンク６０３から回収タンク６０２に液体を補充する。
なお、メインタンク６０３から回収タンク６０２への液体補充のタイミングは、回収タンク６０２内の液体の液面高さが所定高さよりも下がったときに液体補充を行うなど、回収タンク６０２内に設けた液面センサなどの検知結果によって制御することができる。
次に、本発明に係る液体を吐出する装置としての印刷装置の他の例について図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は同装置の要部平面説明図、図１３は同装置の要部側面説明図である。
この印刷装置５００は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。
このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド１００及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド１００は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド１００は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
液体吐出ヘッド１００は、前述した液体循環装置６００と接続されて、所要の色の液体が循環供給される。
この印刷装置５００は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。
搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド１００に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド１００の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。
維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド１００のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。
主走査移動機構４９３、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。
このように構成したこの印刷装置５００においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１００を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図１４を参照して説明する。図１４は同ユニットの要部平面説明図である。
この液体吐出ユニット４４０、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド１００で構成されている。
なお、この液体吐出ユニット４４０の例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０を更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図１５を参照して説明する。図１５は同ユニットの正面説明図である。
この液体吐出ユニット４４０は、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド１００と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。
なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド１００と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。
本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。
「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構、液体循環装置の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。
「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
４ ノズル
８０ 貫通孔
１０１ 第１のＳｉ層
１０２ 第１のＳｉ酸化膜層
１０３ 第２のＳｉ層
１０４ 第２のＳｉ酸化膜層
１１０ ノズルプレート
特開２０１０－１４２９９１号公報

Claims (7)

  1. ノズルを有するノズルプレートと、
    前記ノズルに連通する個別液室と、
    前記個別液室内の液体を加圧するアクチュエータと、を備え、
    前記ノズルプレートは、第１のＳｉ層と、第２のＳｉ層と、前記第１のＳｉ層及び前記第２のＳｉ層に挟まれた第１のＳｉ酸化膜層と、を有する基板からなり、
    前記基板において前記第１のＳｉ層は液体吐出面側に配置され、
    前記第１のＳｉ層の厚みは、前記第２のＳｉ層の厚みよりも小さく、
    前記基板は、前記ノズルと連通する貫通孔を有し、
    前記第１のＳｉ層を貫通する前記貫通孔の径の大きさは、前記第２のＳｉ層を貫通する前記貫通孔の径の大きさよりも小さく、
    前記第２のＳｉ層は、前記第１のＳｉ酸化膜層と接する面とは異なる面に、第２のＳｉ酸化膜層を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記第２のＳｉ層は、前記第１のＳｉ酸化膜層と接する面と対向する面に、前記第２のＳｉ酸化膜層を有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記第１のＳｉ層と前記第１のＳｉ酸化膜層の合計の厚みは、前記第２のＳｉ層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記第１のＳｉ酸化膜層の厚みは、前記第２のＳｉ酸化膜層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  5. 請求項１～４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出ユニット。
  6. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ユニット。
  7. 請求項１～４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項５若しくは６に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
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