JP3902716B2 - Droplet ejection head, inkjet recording apparatus, image forming apparatus, and apparatus for ejecting droplets - Google Patents

Droplet ejection head, inkjet recording apparatus, image forming apparatus, and apparatus for ejecting droplets Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置(画像形成装置を含む。)に用いられるインクジェット記録装置における液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとして、インク滴を吐出するノズルと、そのノズルに連通するインク流路(インク室、圧力室、吐出室、加圧室、加圧液室などとも称される。)と、そのインク流路の壁面を形成する第一電極を兼ねる振動板と、これに対向する対向電極(第二電極)とを備え、振動板を静電力で変形変位させてノズルからインク滴を吐出させる静電力型インクジェットヘッドが知られている。
【0003】
ここで、従来の静電力型インクジェットヘッドにおいては、各ノズルから吐出される一回当たりのインク吐出量を一定に安定させ、印字品質を安定化させるために、その振動板と対向電極との間の微小ギャップ(隙間)の寸法精度を高精度にして、振動板の変位量を精度よく一定に制御し保たなければならないが、現状の技術では極めて難しい技術である。
【0004】
また、静電気力を利用して振動板を変形変位させる静電力型では、圧電素子を利用して振動板を変形変位させる圧電型のものに比べて、同じ電圧で発生できる吐出圧力が非常に低く、しかも発生圧力は距離の逆数の二乗に比例するので、圧電型と同等の吐出圧力を得るには圧電型に比べて倍以上の非常に高い駆動電圧が必要となり、ヘッドコストも高くなる。
【0005】
そのため、静電力型インクジェットヘッドにおいて、低電圧駆動を行うためには、振動板と対向電極との間のギャップをより小さくすることが好ましいことではあるが、ギャップをより小さくすると、より強い静電引力が働くため、変形した振動板が対向電極に接触し、ギャップ部において気体の絶縁破壊や電界放出などによる放電の大電流が瞬間的に流れ、対向電極を溶融したり、対向電極と振動板とが短絡を生じたりしてヘッドを破壊するおそれがある。
【0006】
そこで、特開平7−214769号公報に記載されているように、振動板側の対向電極に対向する面側に酸化膜や窒化膜等の絶縁膜を設け、また、対向電極としてITOから成る酸化物導電体を使用し、振動板を絶縁膜を介して対向電極に当接させることにより、振動板の変位量を一定に安定化させ、ギャップ部での短絡によるヘッド破壊を回避するようにしている。
【0007】
ところが、このようなヘッドにおいて、振動板と対向電極との間に電圧を印加し、絶縁膜を介して振動板を対向電極側へ当接させた場合、振動板側の絶縁膜、及び対向電極側の誘電体に電荷が残留し、その残留電荷が作り出す電界により振動板と対向電極との相対変位量が低下する。この相対変位量の低下は、インク滴の吐出量やインク滴の吐出速度の低下等を招き、吐出不良の原因となり、例えば印字濃度や画素ずれ等の印字品質不良や画素抜け等の信頼性の低下を招くという問題を有している。
【0008】
そのため、更に同公報に記載されているように、上記残留電荷を除去しながらインク吐出を行うために、1滴のインク吐出動作毎に極性の異なる駆動電圧を交互に対向電極へ印加するように構成している。すなわち、極性の異なる駆動電圧を交互に対向電極へ印加することにより、各極性の電圧で振動板と対向電極との間に発生した残留電荷を打ち消し合うことが可能となり、その結果、振動板と対向電極との相対変位量を一定に保つことができ、安定したインク滴吐出動作を維持することが可能となるというものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の静電力型インクジェットヘッドにあっては、残留電荷を除去し安定したインク吐出を行うために、極性の異なる駆動電圧源を別に設けなければならないので、装置が大型化する。また、駆動回路に使用される他の素子の耐電圧としても、両極性分の電圧に耐えうる必要性があるため、インクを吐出させる駆動電圧値よりも倍の耐電圧を有した素子を使用しなければならず、駆動回路側のコストが高くなってしまうといった問題を抱えている。
【0010】
さらに、対向電極へ極性の異なる駆動電圧を交互に印加することにより残留電荷を打ち消しあっているだけに過ぎず、本質的に残留電荷が未発生の状態となっているわけではない。
【0011】
したがって、例えば、対向電極へ印加される駆動電圧信号は画像信号に応じて印加されるわけであるが、画像信号に依っては、片方の極性の駆動電圧ばかりで印字されるような画像パターンもあり、その場合には、各極性の電圧での残留電荷の蓄積量が異なり、各電圧極性での振動板と対向電極との相対変位量が徐々に低下して異なってくるため、やはり、前述したように安定したインク吐出動作を行うことが困難となり、印字品質不良が発生するという課題がある。
【0012】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、安定した滴吐出動作を行うことができる液滴吐出ヘッド及び画像品質が安定し装置構成が簡単なインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板が変形したときに振動板が接する接触対向部を有し、その接触対向部は振動板と同電位である構成としたものである。なお、「振動板」とは振動する部分の意味であり、振動板が第一電極を兼ねる場合のほか、振動板とは別体で振動板に第一電極を形成したものも含む。
【0014】
ここで、接触対向部の表面とその接触対向部に接する振動板の表面とは電気的伝導性を有していることが好ましい。また、振動板と接触対向部との間の距離が振動板と対向電極との間の距離より短いことが好ましい。この場合、接触対向部の高さを対向電極の高さよりも高くすることができる。さらに、接触対向部は振動板短手方向の略中央部に設けることが好ましい。
【0015】
また、対向電極の表面側に絶縁層を設け、この絶縁層上に振動板が接触する接触対向部を設けることができる。この場合、接触対向部は対向電極の振動板短手方向の略中央部に設けることが好ましい。
【0016】
本発明に係るインクジェット記録装置は、液滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いたものである。
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図3は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図である。
【0018】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、SOI基板などのシリコン基板等を用いた第一基板である振動板/液室基板1と、この振動板/液室基板1の下側に設けたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板等を用いた第二基板である電極基板2と、振動板/液室基板1の上側に設けた第三基板であるノズル板3とを備え、インク滴を吐出する複数のノズル4、各ノズル4が連通するインク流路である吐出室6、各吐出室6にインク供給路を兼ねた流体抵抗部7を介して連通する共通液室8などを形成している。
【0019】
振動板/液室基板1にはノズル4が連通する複数の吐出室6及びこの吐出室6の壁面である底部をなす振動板10(電極を兼ねている)を形成する凹部を形成し、ノズル板3にはノズル4となる孔及び流体抵抗部7を形成する溝を形成し、また振動板/液室基板1と電極基板2には共通液室8を形成する貫通部を形成している。
【0020】
ここで、振動板/液室基板1は、例えば単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板2と接合した後、吐出室6となる凹部をKOH水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板10が高精度に形成される。また、多結晶シリコン基板で振動板10を形成する場合は、液室基板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法、または、予め電極基板2を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去することで形成できる。
【0021】
なお、振動板10に別途第一電極となる電極膜を形成してもよいが、上述したように不純物の拡散などによって振動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板10の電極基板2側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはSiO2等の酸化膜系絶縁膜、Si34等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、成膜手法を用いたりすることができる。
【0022】
また、電極基板2にはパイレックスガラス(硼珪酸系ガラス)基板を用いて、このパイレックスガラス基板に凹部14を形成して、この凹部14底面に振動板10に対向する対向電極15a、15bを設け、振動板10と対向電極15a、15bとの間にギャップ16を形成し、これらの振動板10と対向電極15a、15bとによってアクチュエータ部(エネルギー発生手段)を構成している。このとき、凹部14の深さはギャップ16の長さを規定することになる。なお、電極基板2にはセラミック基板、シリコン基板なども用いることもでき、導電性を有するシリコン基板を用いた場合には酸化層を形成して、この酸化層に凹部14を形成する。
【0023】
対向電極15a、15b表面にはSiO2膜などの酸化膜系絶縁膜、Si34膜などの窒化膜系絶縁膜からなる誘電絶縁膜17を成膜している。なお、上述したように対向電極15a、15b表面に絶縁膜17を形成しないで、振動板10側に絶縁膜を形成することもできる。
【0024】
また、電極基板2の対向電極15a、15bとしては、金、或いは、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるAl、Cr、Ni等の金属材料や、Ti、TiN、W等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。
【0025】
さらに、電極基板2の凹部14内には、図3に示すように、振動板短手方向の略中央部で対向電極15aと電極15bとの間に、振動板10が変形したときに接触する接触対向部18を設けている。この接触対向部18は対向電極15a、15bと同工程で凹部14の底面に形成したものである。この接触対向部18の表面にも誘電絶縁膜17を形成している。
【0026】
さらに、接触対向部18と振動板/液室基板1の振動板10とが当接したときに同電位となるように配線19で相互に接続し、更に振動板10側が電気的にGND(接地)電位となるように配線19は接地している。ただし、接触対向部18と振動板/液室基板1の振動板10とが当接したときに同電位となるのであれば、接地する必要はなく、ある電位に接続されていても良い。
【0027】
これらの振動板/液室基板1と電極基板2との接合は陽極接合で行っている。陽極接合は、基板間に電圧(−300V〜−500V程度)を印加することで比較的低温(300℃〜400℃)で精密な接合を行うことができる。
【0028】
このような陽極接合を確実に行うには、基板の接合界面で基板同士の共有結合が生じるように振動板/液室基板(第1基板1)、或いは電極基板(第2基板)2のどちらかがアルカリイオンを多く含む基板であることが必要があり、また、接合する際、熱応力による基板同士の歪みが少なくなるように基板同士の熱膨張係数が比較的一致している材料を選択することが好ましい。
【0029】
ここでは、上記のように第1基板1に単結晶のシリコン基板を使用し、第2基板2にNa等のアルカリイオンを多く含み、シリコン基板と比較的熱膨張係数が一致するパイレックスガラス(硼珪酸系ガラス)基板を使用するため、基板同士の熱歪みの少ない確実な接合が得られる。
【0030】
なお、電極基板2がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は1000℃程度の高温化で実施する。また、電極基板2をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板2と振動板/液室基板1との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、振動板/液室基板1と電極基板2にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【0031】
ノズル板3には、多数のノズル4を形成するとともに、共通液室8と吐出室6を連通するための流体抵抗部7を形成する溝部を形成している。ここでは、インク吐出面(ノズル表面側)には撥水性皮膜を成膜している。このノズル板3にはステンレス基板を用いているが、この他、エレクトロフォーミング(電鋳)工法によるニッケルメッキ膜、ポリイミド等の樹脂にエキシマレーザー加工をしたもの、金属プレートにプレス加工で穴加工をしたもの等でも用いることができる。
【0032】
また、撥水性皮膜は、フッ素系樹脂微粒子であるポリテトラフルオロエチレン微粒子を分散させた電解又は無電解ニッケル共析メッキ(PTFE−Ni共析メッキ)によるメッキ皮膜で形成することができる。
【0033】
このインクジェットヘッドではノズル4を二列配置し、この各ノズル4に対応して吐出室6、振動板10、対向電極15なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室8を配置して、左右の吐出室6にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【0034】
そして、対向電極15aは外部に延設して接続部(電極パッド部)15Aとし、これにヘッド駆動回路であるドライバIC20をFPCケーブル21上へのフリップチップボンドによって実装し,そのFPCケーブル21とインクジェットヘッドとを異方性導電膜などを介して接続している。このとき、電極基板2とノズル板3との間(ギャップ16入口)はエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤22にて気密封止し、ギャップ16内に湿気が侵入して振動板10が変位しなくなるのを防止している。
【0035】
さらに、インクジェットヘッド全体をフレーム部材25上に接着剤で接合している。このフレーム部材25にはインクジェットヘッドの共通液室8に外部からインクを供給するためのインク供給穴26を形成しており、またFPCケーブル21等はフレーム部材25に形成した穴部27に収納される。
【0036】
このフレーム部材25とノズル板3との間はエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤28にて封止し、撥水性を有するノズル板3表面のインクが電極基板2やFPCケーブル21等に回り込むことを防止している。
【0037】
そして、このヘッドのフレーム部材25にはインクカートリッジとのジョイント部材30が連結されて、フレーム部材25に熱融着したフィルタ31を介してインクカートリッジからインク供給穴26を通じて共通液室8にインクが供給される。
【0038】
次に、このように構成したインクジェットヘッドの動作について図4をも参照して説明する。
このインクジェットヘッドの対向電極15a、15bにドライバIC20によって正のパルス電圧(駆動波形)を印加すると、対向電極15a、15bの表面がプラス電位に帯電し、対応する振動板10の下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板10は静電気の吸引作用により下方(対向電極15a、15b側)へ撓む。
【0039】
ここで、振動板10に発生する静電吸引力の大きさPは、(1)式のように表される。ただし、εは振動板10と対向電極15a、15bとの間に存在する空気の誘電率、Sは振動板10と対向電極15a、15bとの間に働く静電気力の有効面積、Vは対向電極15a、15bに印加する駆動電圧、dは振動板10と対向電極15a、15bとの間の実効的なギャップ距離を表わす。
【0040】
【数1】

Figure 0003902716
【0041】
ここで、実効的なギャップ距離dとは、(2)式のような関係を意味し、振動板10と対向電極15a、15bとの間に空気以外の誘電率を有する物質が介在する場合には、dは(2)式のように表わされる。但し、(2)式において、daは振動板10と対向電極15a、15bとの間に存在する空隙の距離、dεは振動板10と対向電極15a、15bとの間に存在する誘電絶縁層17の厚み、εrは誘電絶縁層17の比誘電率を表わす。
【0042】
【数2】
Figure 0003902716
【0043】
すなわち、振動板10と対向電極15a、15bとの間に、ある誘電率を有する物質を介在させると、(2)式のように、その介在させた誘電物質の厚みdεとその誘電物質が有する比誘電率εrを変化させることによって、振動板10と対向電極15a、15bとの間に発生する電界強度E(すなわちE=V/d)と、それによって生じる静電吸引力Pの大きさが変化するということである。したがって、(1)式に示されるように静電吸引力Pは、振動板10と対向電極15a、15bとの間の実効的なギャップ距離dが小さいほど振動板10に大きな静電引力が働くこととなる。
【0044】
そこで、このインクジェットヘッドを駆動するときには、図4に示すように、振動板10が対向する対向電極15a、15b方向へ撓み、最終的には振動板10が凹(段)部14内に配置され、振動板10と同電位である接触対向部18に接触するまで変形変位する駆動波形を印加する。
【0045】
従来のインクジェットヘッドにあっては、この振動板が駆動電圧Vの印加されている対向電極へ接触した瞬間に、振動板と対向電極との間に発生している電位差が主たる原因で残留電荷が発生していることが、実験上、判明した。そこで、本発明では、振動板10が凹(段)部14内で主に接触する部分に予め接触対向部18を配置し、その接触対向部18を予め電気的に振動板10側の電位と同電位となるように構成しておくことにより、本質的に残留電荷の発生を未然に防止することができる。
【0046】
次に、対向電極15a、15bへのパルス電圧の印加をOFFすると、上記のようにして撓んだ振動板10が復元し、吐出室6内の圧力が急激に上昇するため、ノズル4よりインク液滴が形成され、記録紙に向けてインク吐出が行われる。そして、さらに、再び、対向電極15a、15bへパルス電圧をONすると、振動板10が再び対向する対向電極15a、15b、及び接触対向部18の方向へ撓むので、インクが共通液室8より流体抵抗部7を通じて吐出室6内に補給されるようになる。
【0047】
このように、振動板10が変形して対向する対向電極15a、15b側へ接触する際、予め第2基板2の凹(段)部14内に振動板10の接触対向部18を配置し、また、その接触対向部18を予め振動板10側の電位と電気的に同電位としておくことにより、残留電荷の発生を未然に防止することができ、また、残留電荷の発生が無いため片方の極性の駆動電圧のみでもインク滴吐出不良の無い安定したインク滴吐出動作を行うことができるようになる。
【0048】
なお、この場合、駆動電圧が印加される対向電極15a、15bと振動板10の接触対向部18との間でも電位差が発生するので、対向電極15a、15bと振動板10の接触対向部18との間で電界放出等による放電や短絡等が生じないよう十分な電気的な絶縁処理を施している。
【0049】
これを確認するため、上記構成のインクジェットヘッドを使用し、第1基板1の上側にステンレス製の第3基板3をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバIC20等を接続して対向電極15a、15bにパルス状のプラス(正)電圧のみの片極性の電圧を印加して、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。同様に、比較例として、接触対向部18を持たないインクジェットヘッドも製作して同様の印字試験を行った。
【0050】
この試験結果によると、従来の接触対向部18を持たないインクジェットヘッドにあっては、振動板10と対向電極との間で僅か数分の間に徐々に残留電荷が蓄積し、インク滴の吐出不良等が発生して極めてインク滴吐出状態が不安定であったのに対し、上記第1実施形態のインクジェットヘッドでは、片極性のプラス(正)電圧のみで数時間以上もの間、繰り返し安定してインク吐出することが可能となり、印字品質が安定することが確認された。
【0051】
また、片極性のプラス(正)電圧のみでインク滴吐出駆動することが可能となったことから、従来に比較して駆動回路の装置構成がより簡易で小型となり、また、回路コストも30%以上も安価にすることができた。
【0052】
次に、本発明の第2実施形態に係るインクジェットヘッドについて図5を参照して説明する。なお、同図は図4と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【0053】
このインクジェットヘッドでは、前述したような振動板10の接触対向部として、第2基板2の凹(段)部14内に二ヵ所に接触対向部18a、18bを配置し、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部14内に三ヶ所に接触対向部18a、18bを振動板短手方向で挟んで対向電極15a、15b、15cを配置している。
【0054】
そして、電極を保護するためのSiO2等の誘電絶縁層17の厚みを接触対向部18a、18b上と対向電極15a、15b、15c上とで異ならせて、接触対向部18a、18b上の方が厚くなるように形成している。また、接触対向部18a、18bを予め振動板10側の電位と電気的に同電位としていることは前記実施形態と同様である。
【0055】
この構成のインクジェットヘッドにおいても、上記のとおり接触対向部18a、18bを予め振動板10側の電位と電気的に同電位としているので、振動板10が接触対向部18a、18bに接触することで、本質的に残留電荷の発生を未然に防止することができる。
【0056】
これに加えて、本実施形態の場合、第1実施形態のヘッドに比べて振動板10からの接触対向部18a、18bまでの距離の方が電圧印加される対向電極15a、15b、15cまでの距離よりも、より短くなっているため、振動板10が電圧印加される対向電極15a、15b、15cにより確実に接触し難くなっており、結果としてより確実に残留電荷の発生を防止でき、より信頼性の高い安定したインク滴吐出動作を行うことができる。
【0057】
これを確認するため、このインクジェットヘッドを使用し、第1基板1の上側にステンレス製の第3基板3をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバIC20等を接続して対向電極15a、15b、15cにパルス状のプラス(正)電圧のみの片極性の電圧を印加して、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。
【0058】
この試験結果によれば、第1実施形態のヘッドにおいては、時折、残留電荷の発生のためにインク滴吐出不良が生じるヘッドがあったのに対し、この第2実施形態のインクジェットヘッドでは、残留電荷によるインク滴吐出不良となるヘッドの発生はなく、歩留まりが向上し、より安定したインク吐出駆動をすることが可能となることを確認できた。
【0059】
次に、本発明の第3実施形態に係るインクジェットヘッドについて図6を参照して説明する。なお、同図も図4と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【0060】
このインクジェットヘッドでも、前述したような振動板10の接触対向部として、第2基板2の凹(段)部14内に二ヵ所に接触対向部18a、18bを配置し、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部14内に三ヶ所に接触対向部18a、18bを振動板短手方向で挟んで対向電極15a、15b、15cを配置している。
【0061】
そして、第2実施形態と同じく振動板10からの接触対向部18a、18bまでの距離の方を振動板10から電圧印加される対向電極15a、15b、15cまでの距離よりもより短くするために、凹(段)部14内に凸部14a、14bを二ヵ所に形成し、この凸部14a、14b上に上記振動板10が接する接触対向部18a、18bを設けている。ここで、接触対向部18a、18bの表面側の材質としては、電極となるような電気的伝導性を有する材質(金属等)のもので形成している。
【0062】
このインクジェットヘッドでは、前記第1、第2実施形態のヘッドに比べてその接触対向部18a、18bの表面側に前記のような誘電絶縁層17が無く、金属等の電気的伝導性を有する材質のもので形成されている。
【0063】
したがって、例えば、ヘッドの製造途中で何らかの原因により初めから誘電絶縁層17上に電荷が初期帯電するような場合でも、このヘッドであれば、接触対向部18a、18bが予め比較的抵抗の低い電気伝導性を有する材質のもので形成されているので、接触対向部18a、18b上に初めから電荷が帯電しているようなことは発生しない。また、残留電荷に対してもより確実に効果的に発生の防止をすることができる。
【0064】
次に、本発明の第4実施形態に係るインクジェットヘッドについて図7を参照して説明する。なお、同図も図4と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【0065】
このインクジェットヘッドでも、前述したような振動板10の接触対向部として、第2基板2の凹(段)部14内に二ヵ所に接触対向部18a、18bを配置し、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部14内に三ヶ所に接触対向部18a、18bを振動板短手方向で挟んで対向電極15a、15b、15cを配置している。
【0066】
そして、第3実施形態と同じく振動板10からの接触対向部18a、18bまでの距離の方を振動板10から電圧印加される対向電極15a、15b、15cまでの距離よりもより短くするために、接触対向部18a、18bそれ自体の全体を金属等の前記電気的伝導性を有する材質のもので構成し、その厚み自体を電圧印加される対向電極15a、15b、15cの厚みよりも厚くするように形成している。
【0067】
したがって、このインクジェットヘッドでは、第3実施形態のヘッドに比べて構成が簡易となり、容易に作製可能な構成で第3実施形態と同様な効果が得られる。
【0068】
このインクジェットヘッドを使用し、第1基板1の上側にステンレス製の第3基板3をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバIC20等を接続して対向電極15a、15b、15cにパルス状のプラス(正)電圧のみの片極性の電圧を印加して、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。
【0069】
この試験結果によれば、第2実施形態のヘッドにおいては、製造途中での初期帯電によるインク滴吐出不良となるヘッドが発生していたのに対し、この第4実施形態のインクジェットヘッドでは、製造途中での初期帯電によるインク滴吐出不良となるヘッドの発生はなく、歩留まりが向上し、より安定したインクジェットヘッドの製作が可能になることを確認できた。また、ヘッド構成がより簡易となり、容易に作製可能となったので、ヘッドの生産効率が向上するようになった。
【0070】
次に、本発明の第5実施形態に係るインクジェットヘッドについて図8を参照して説明する。なお、同図も図4と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【0071】
このインクジェットヘッドでは、前記第1実施形態と同様に、振動板10の接触対向部18を第2基板2の凹(段)部14内で振動板短手方向略中央部に設け、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部14内に二ヶ所に接触対向部18を振動板短手方向で挟んで対向電極15a、15bを配置している。
【0072】
さらに、第2実施形態と同様に、振動板10と接触対向部18までの距離の方を振動板10と電圧印加される対向電極15a、15bまでの距離よりも短くするため、接触対向部18を保護するための誘電絶縁層17の厚みを接触対向部18上の方が対向電極15a、15b上の絶縁層17より厚くなるように形成している。
【0073】
このように構成した場合、第2、第3実施形態のヘッドに比べてより簡易な構成で確実に安定して残留電荷の発生を未然に防止する効果が十分得られる。
【0074】
次に、本発明の第6実施形態に係るインクジェットヘッドについて図9を参照して説明する。なお、同図も図4と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【0075】
このインクジェットヘッドでも、前記第1実施形態と同様に、振動板10の接触対向部18を第2基板2の凹(段)部14内で振動板短手方向略中央部に設け、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部14内に二ヶ所に接触対向部18を振動板短手方向で挟んで対向電極15a、15bを配置している。そして、振動板10の接触対向部18表面側に誘電絶縁層17を形成している。
【0076】
このように構成した場合、第2、第3実施形態のヘッドに比べてより簡易な構成で確実に安定して残留電荷の発生を未然に防止する効果が十分得られる。
【0077】
次に、本発明の第7実施形態に係るインクジェットヘッドについて図10を参照して説明する。なお、同図も図4と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【0078】
このインクジェットヘッドでも、前記第1実施形態と同様に、振動板10の接触対向部18を第2基板2の凹(段)部14内で振動板短手方向略中央部に設け、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部14内に二ヶ所に接触対向部18を振動板短手方向で挟んで対向電極15a、15bを配置している。
【0079】
さらに、第3実施形態と同様に、振動板10と接触対向部18までの距離の方を振動板10と電圧印加される対向電極15a、15bまでの距離よりも短くするため、振動板10と接触対向部18との間の距離の方を振動板10と電圧印加される対向電極15a、15bとの間の距離よりもより短くするため、凹(段)部14内に凸部14aを一ヵ所設け、その凸部14a上に金属等の電気的伝導性を有する材質の接触対向部18を形成している。
【0080】
このように構成した場合、第2、第3実施形態のヘッドに比べてより簡易な構成で確実に安定して残留電荷の発生を未然に防止する効果が十分得られる。
【0081】
これらの各実施形態において、複数のノズルのヘッドの対向電極15a、15bと振動板10の接触対向部18とを第2基板2上に配置する場合には、図11に示すように各ヘッドの対向電極15a、15bと振動板10の接触対向部18を第2基板2上に図のようにパターン形成し、各接触対向部18を同図に示すようにパターン形成された配線40で結線することにより、複数のノズルにおいても残留電荷の発生を防止しながら、安定したインク吐出駆動を行うことが可能となる。
【0082】
次に、本発明の第8実施形態に係るインクジェットヘッドについて図12を参照して説明する。なお、同図も図4と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【0083】
このインクジェットヘッドでは、振動板10が接触する接触対向部18を第2基板2の凹(段)部14内において図示のように駆動電圧を印加するための対向電極15の表面上に誘電絶縁層17を介して設置している。また、前記と同様に接触対向部18は振動板10の振動板短辺方向に対してほぼ中央部に一ヵ所設けている。この場合、振動板10の接触対向部18は対向電極15表面上に誘電絶縁層17を介して形成するので、必然的に振動板10と接触対向部18との間の距離の方が振動板10と電圧印加される対向電極15との間の距離よりも短くなる。
【0084】
このように構成した場合、前記第2、第3実施形態のヘッドに比べてより簡易な構成で容易に作製可能となり、また、より確実に安定して残留電荷の発生を未然に防止する効果が得られる。
【0085】
このインクジェットヘッドを使用し、第1基板1の上側にステンレス製の第3基板3をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバIC20等を接続して対向電極15にパルス状のプラス(正)電圧のみの片極性の電圧を印加して、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。
【0086】
この試験結果によれば、第2、第3実施形態のヘッドにおいては、製造途中においてヘッド不良によりNGとなるヘッドが発生していたのに対し、この実施形態のヘッドでは、ヘッド不良によるNGが減少し、ヘッドの歩留まりがより向上し、より安定したインクジェットヘッドを得ることができた。また、ヘッド構成がより簡易となり、より容易に作製可能となったため、ヘッドの生産効率が向上するようになった。
【0087】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドから液滴を吐出する装置を含む、本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概要について図13を参照して簡単に説明する。このインクジェット記録装置は、両側の側板51,52間に主支持ガイドロッド53及び従支持ガイドロッド54を略水平な位置関係で横架し、これらの主支持ガイドロッド53及び従支持ガイドロッド54でキャリッジ55を主走査方向に摺動自在に支持している。
【0088】
キャリッジ8には、それぞれイエロー(Y)インク、マゼンタ(M)インク、シアン(C)インク、ブラック(Bk)インクをそれぞれ吐出する4個の本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド56y,56m,56c,56kを、その吐出面(ノズル面)を下方に向けて搭載し、またキャリッジ55にはヘッド56(符号「56」は、「56y,56m,56c,56k」のいずれか又は総称である。)の上側に4個のヘッド56に各々インクを供給するための各色のインク供給体である4個のインクカートリッジ57(符号「57」は、「57y,57m,57c,57k」のいずれか又は総称)を交換可能に搭載している。
【0089】
そして、キャリッジ55は主走査モータ58で回転される駆動プーリ(駆動タイミングプーリ)59と従動プーリ(アイドラプーリ)60との間に張装したタイミングベルト61に連結して、主走査モータ58を駆動制御することによってキャリッジ55、即ち4個のヘッド56を主走査方向に移動するようにしている。
【0090】
また、側板51,52をつなぐ底板62上にサブフレーム63,64を立設し、このサブフレーム63,64間に用紙66を主走査方向と直交する副走査方向に送るための搬送ローラ65を回転自在に保持している。そして、サブフレーム64側方に副走査モータ67を配設し、この副走査モータ67の回転を搬送ローラ65に伝達するために、副走査モータ67の回転軸に固定したギヤ68と搬送ローラ65の軸に固定したギヤ69とを備えている。
【0091】
さらに、側板51とサブフレーム62との間には、ヘッド56の信頼性維持回復機構(以下、「サブシステム」という。)71を配置している。サブシステム71は、各ヘッド56の吐出面をキャッピングする4個のキャップ手段72をホルダ73で保持し、このホルダ73をリンク部材74で揺動可能に保持して、キャリッジ55の主走査方向の移動でホルダ73に設けた係合部75にキャリッジ55が接触することで、キャリッジ55の移動に従ってホルダ73がリフトアップしてキャップ手段72でヘッド56の吐出面をキャッピングし、キャリッジ55が印写領域側へ移動することで、キャリッジ55の移動に従ってホルダ73がリフトダウンしてキャップ手段72がヘッド56の吐出面から離れるようにしている。
【0092】
なお、キャップ手段72は、それぞれ吸引チューブ76を介して吸引ポンプ77に接続すると共に、大気開放口を形成して、大気開放チューブ及び大気開放バルブを介して大気に連通している。また、吸引ポンプ77は吸引した廃液(廃インク)をドレインチューブ等を介して廃液貯留槽に排出する。
【0093】
さらに、ホルダ73の側方には、ヘッド56の吐出面56aをワイピングする繊維部材、発泡部材或いはゴム等の弾性部材からなるワイピング手段であるワイパブレード80をブレードアーム81に取付け、このブレードアーム81は揺動可能に軸支し、図示しない駆動手段で回動されるカムの回転によって揺動させるようにしている。
【0094】
このように構成したこの記録装置では、ヘッド56(キャリッジ55)を主走査方向に移動走査させながら、用紙66を副走査方向に搬送して、各ヘッドのノズルから所要の色のインク滴を吐出させることによって、用紙66上に所要のカラー画像(モノクロ画像を含む。)を記録する。
【0095】
このとき、前述したように本発明に係るインクジェットヘッドは、残留電荷の発生がなく、安定したインク滴吐出動作を行うことができるとともに、片極性の駆動波形でインク滴吐出動作を行うことができるので、駆動回路の構成が簡単になり、装置構成が簡易で、小型化を図れる。
【0096】
なお、上記実施例においては、本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、振動板変位方向とインク滴吐出方向と直交するエッジシュータ方式のインクジェットヘッドにも同様に適用することができる。さらに、インクジェットヘッドだけでなく液体レジスト等を吐出させる液滴吐出ヘッドなどにも適用できる。また、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置及び液滴を吐出する装置にも本発明を適用することができる。
【0097】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板が変形したときに振動板が接する接触対向部を有し、この接触対向部は振動板と同電位であるので、残留電荷が発生せず、安定した滴吐出動作を行うことができる。
【0098】
ここで、接触対向部の表面とその接触対向部に接する振動板の表面とは電気的伝導性を有していることで、片極性の駆動波形でもより確実に残留電荷の発生を防止することができ、ヘッドの歩留まりが向上し、より安定したヘッドの製作が可能になる。
【0099】
また、振動板と接触対向部との間の距離を振動板と対向電極との間の距離より短くすることで、片極性の駆動波形でもより確実に残留電荷の発生を防止することができ、より信頼性を向上できる。この場合、接触対向部の高さを対向電極の高さよりも高くすることで、より容易に残留電荷の発生を防止したヘッドを得ることができる。さらに、接触対向部は振動板短手方向の略中央部に設けることで、より容易に残留電荷の発生を防止したヘッドを得ることができる。
【0100】
また、対向電極の表面側に絶縁層を設け、この絶縁層上に振動板が接する接触対向部を設けることで、より簡易な構成で確実に残留電荷の発生を防止でき、安定したヘッドを効率的に製作することが可能になる。この場合、接触対向部は対向電極の振動板短手方向の略中央部に設けることで、より簡易な構成で確実に残留電荷の発生を防止できる。
【0101】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドに本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いたので、安定した画像品質を得ることができ、装置の構成も簡単になる。また、本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いたので、安定した画像品質を得ることができ、装置の構成も簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの分解斜視説明図
【図2】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図3】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図
【図4】同ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図5】本発明の第2実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図6】本発明の第3実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図7】本発明の第3実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図8】本発明の第4実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図9】本発明の第5実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図10】本発明の第5実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図11】上記各実施形態における複数のノズル間の配線構造を説明する平面説明図
【図12】本発明の第6実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図13】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略説明図
【符号の説明】
1…振動板/液室基板、2…電極基板、3…ノズル板、4…ノズル、6…吐出室、7…流体抵抗部、8…共通液室、10…振動板、14…凹部、14a、14b…凸部、15、15a、15b、15c…対向電極、17…絶縁膜、18、18a、18b…接触対向部、19…配線、20…ドライバIC、55…キャリッジ、56…ヘッド。[0001]
[Industrial application fields]
  The present inventionDropletDischarge head and inkjet recording apparatus, Image forming apparatus, and apparatus for ejecting liquid dropletsAbout.
[0002]
[Prior art]
In general, as an inkjet head that is a droplet ejection head in an inkjet recording apparatus used in an image recording apparatus (including an image forming apparatus) such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, and a plotter, a nozzle that ejects ink droplets and the nozzle An ink channel (also referred to as an ink chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, a pressurizing chamber, a pressurized liquid chamber, etc.) communicating with the diaphragm, and a diaphragm that also serves as a first electrode that forms the wall surface of the ink channel There is known an electrostatic force type ink jet head that includes a counter electrode (second electrode) opposite to this, and deforms and displaces the diaphragm with electrostatic force to eject ink droplets from the nozzle.
[0003]
Here, in the conventional electrostatic force type ink jet head, in order to stabilize the ink discharge amount per one time discharged from each nozzle and to stabilize the print quality, the vibration plate and the counter electrode are disposed between the diaphragm and the counter electrode. Although the dimensional accuracy of the minute gap (gap) must be made high and the displacement of the diaphragm must be controlled accurately and constant, it is extremely difficult with the current technology.
[0004]
In addition, the electrostatic force type that deforms and displaces the diaphragm using electrostatic force has a much lower discharge pressure that can be generated at the same voltage than the piezoelectric type that deforms and displaces the diaphragm using a piezoelectric element. Moreover, since the generated pressure is proportional to the square of the reciprocal of the distance, in order to obtain a discharge pressure equivalent to that of the piezoelectric type, a very high driving voltage that is twice or more that of the piezoelectric type is required, and the head cost increases.
[0005]
Therefore, in the electrostatic force type ink jet head, it is preferable to make the gap between the diaphragm and the counter electrode smaller in order to perform low voltage driving. However, if the gap is made smaller, stronger electrostatic Because the attractive force works, the deformed diaphragm comes into contact with the counter electrode, and a large discharge current due to gas breakdown or field emission flows instantaneously in the gap, causing the counter electrode to melt or the counter electrode and diaphragm May cause a short circuit and destroy the head.
[0006]
Therefore, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-214769, an insulating film such as an oxide film or a nitride film is provided on the surface side facing the counter electrode on the diaphragm side, and an oxidation film made of ITO is used as the counter electrode. By using a conductive material and bringing the diaphragm into contact with the counter electrode through an insulating film, the displacement of the diaphragm is stabilized to a constant level, and head destruction due to a short circuit at the gap is avoided. Yes.
[0007]
However, in such a head, when a voltage is applied between the diaphragm and the counter electrode and the diaphragm is brought into contact with the counter electrode via the insulating film, the insulating film on the diaphragm side and the counter electrode Electric charges remain in the dielectric on the side, and the relative displacement between the diaphragm and the counter electrode decreases due to the electric field created by the residual charges. This decrease in the relative displacement amount causes a drop in the ink droplet ejection amount and the ink droplet ejection speed, and causes ejection failure. For example, the print quality is poor such as print density and pixel shift, and reliability such as pixel omission is lost. It has the problem of causing a drop.
[0008]
Therefore, as described in the same publication, in order to perform ink ejection while removing the residual charge, drive voltages having different polarities are alternately applied to the counter electrode for each ink ejection operation. It is composed. That is, by alternately applying driving voltages having different polarities to the counter electrode, it is possible to cancel out residual charges generated between the diaphragm and the counter electrode with voltages of each polarity. The amount of relative displacement with the counter electrode can be kept constant, and a stable ink droplet ejection operation can be maintained.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional electrostatic force type ink jet head, in order to remove residual charges and perform stable ink ejection, it is necessary to separately provide driving voltage sources having different polarities, so that the apparatus becomes large. Also, as the withstand voltage of other elements used in the drive circuit, it is necessary to withstand the voltage for both polarities, so use elements with a withstand voltage twice that of the drive voltage for ejecting ink. There is a problem that the cost on the drive circuit side becomes high.
[0010]
Furthermore, the residual charges are merely canceled out by alternately applying drive voltages having different polarities to the counter electrode, and the residual charges are not essentially in a non-generated state.
[0011]
Therefore, for example, the drive voltage signal applied to the counter electrode is applied according to the image signal. However, depending on the image signal, there is an image pattern that can be printed only with the drive voltage of one polarity. In this case, the amount of accumulated residual charge at each polarity voltage is different, and the relative displacement amount between the diaphragm and the counter electrode at each voltage polarity is gradually decreased to be different. As described above, it is difficult to perform a stable ink discharge operation, and there is a problem that a print quality defect occurs.
[0012]
  The present invention has been made in view of the above points, and is stable.DropsCan perform discharge operationDropletInk jet recording apparatus having a stable discharge head and image quality and a simple apparatus configuration, Image forming apparatus, and apparatus for ejecting liquid dropletsThe purpose is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention relates toDropletThe ejection head has a contact facing portion that contacts the diaphragm when the diaphragm is deformed, and the contact facing portion has the same potential as the diaphragm. The “diaphragm” means a vibrating part, and includes a case where the diaphragm also serves as the first electrode, and includes a diaphragm separately formed from the first electrode.
[0014]
Here, it is preferable that the surface of the contact facing portion and the surface of the diaphragm in contact with the contact facing portion have electrical conductivity. Moreover, it is preferable that the distance between the diaphragm and the contact facing portion is shorter than the distance between the diaphragm and the counter electrode. In this case, the height of the contact facing portion can be made higher than the height of the counter electrode. Furthermore, it is preferable that the contact facing portion is provided at a substantially central portion in the diaphragm lateral direction.
[0015]
Moreover, an insulating layer can be provided on the surface side of the counter electrode, and a contact facing portion with which the diaphragm contacts can be provided on the insulating layer. In this case, it is preferable to provide the contact facing portion at a substantially central portion of the counter electrode in the lateral direction of the diaphragm.
[0016]
  An ink jet recording apparatus according to the present invention includes:DropletAccording to the present invention as an inkjet head for discharging inkDropletA discharge head is used.
  The image forming apparatus and the apparatus for ejecting droplets according to the present invention include the droplet ejection head according to the present invention.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 relates to a first embodiment of the present invention.DropletFIG. 2 is an exploded perspective view of the inkjet head, which is an ejection head, FIG. 2 is a sectional view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of the main part of the head in the lateral direction of the diaphragm.
[0018]
The inkjet head includes a diaphragm / liquid chamber substrate 1 that is a first substrate using a silicon substrate such as a single crystal silicon substrate, a polycrystalline silicon substrate, or an SOI substrate, and a lower side of the diaphragm / liquid chamber substrate 1. An electrode substrate 2 that is a second substrate using a silicon substrate, a Pyrex glass substrate, a ceramic substrate, and the like provided on the substrate, and a nozzle plate 3 that is a third substrate provided on the upper side of the vibration plate / liquid chamber substrate 1, A plurality of nozzles 4 that discharge ink droplets, a discharge chamber 6 that is an ink flow path communicating with each nozzle 4, a common liquid chamber 8 that communicates with each discharge chamber 6 via a fluid resistance portion 7 that also serves as an ink supply path, and the like Is forming.
[0019]
The vibration plate / liquid chamber substrate 1 is provided with a plurality of discharge chambers 6 with which the nozzles 4 communicate with each other, and concave portions that form a vibration plate 10 (also serving as an electrode) that forms the bottom of the wall of the discharge chamber 6. The plate 3 is provided with a hole for forming the nozzle 4 and a groove for forming the fluid resistance portion 7, and the diaphragm / liquid chamber substrate 1 and the electrode substrate 2 are formed with a through portion for forming the common liquid chamber 8. .
[0020]
Here, when the diaphragm / liquid chamber substrate 1 is, for example, a single crystal silicon substrate, boron is previously implanted into the diaphragm thickness to form a high-concentration boron layer serving as an etching stop layer. After the bonding, the concave portion that becomes the discharge chamber 6 is anisotropically etched using an etching solution such as a KOH aqueous solution, and at this time, the high-concentration boron layer becomes an etching stop layer, and the diaphragm 10 is formed with high accuracy. The Further, when the diaphragm 10 is formed of a polycrystalline silicon substrate, a method of forming a polycrystalline silicon thin film to be a diaphragm on the liquid chamber substrate, or the electrode substrate 2 is previously planarized with a sacrificial material and formed thereon After the polycrystalline silicon thin film is formed, it can be formed by removing the sacrificial material.
[0021]
In addition, an electrode film serving as a first electrode may be separately formed on the vibration plate 10, but as described above, the vibration plate also serves as an electrode by diffusion of impurities or the like. An insulating film can also be formed on the surface of the vibration plate 10 on the electrode substrate 2 side. This insulating film is SiO2Oxide-based insulating film such as SiThreeNFourNitride-based insulating films such as those can be used. The insulating film can be formed by thermally oxidizing the vibration plate surface to form an oxide film or using a film forming method.
[0022]
Further, a Pyrex glass (borosilicate glass) substrate is used as the electrode substrate 2, and a concave portion 14 is formed in the Pyrex glass substrate, and counter electrodes 15 a and 15 b facing the diaphragm 10 are provided on the bottom surface of the concave portion 14. A gap 16 is formed between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b, and the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b constitute an actuator part (energy generating means). At this time, the depth of the recess 14 defines the length of the gap 16. In addition, a ceramic substrate, a silicon substrate, etc. can also be used for the electrode substrate 2, and when an electroconductive silicon substrate is used, an oxide layer is formed and the recessed part 14 is formed in this oxide layer.
[0023]
The surface of the counter electrode 15a, 15b is SiO2Oxide-based insulating films such as films, SiThreeNFourA dielectric insulating film 17 made of a nitride insulating film such as a film is formed. As described above, an insulating film can be formed on the diaphragm 10 side without forming the insulating film 17 on the surfaces of the counter electrodes 15a and 15b.
[0024]
Further, as the counter electrodes 15a and 15b of the electrode substrate 2, gold or a metal material such as Al, Cr, or Ni generally used in a process for forming a semiconductor element, or a high melting point such as Ti, TiN, or W is used. A metal or a polycrystalline silicon material whose resistance is reduced by an impurity can be used.
[0025]
Further, in the concave portion 14 of the electrode substrate 2, as shown in FIG. 3, when the diaphragm 10 is deformed between the counter electrode 15 a and the electrode 15 b at a substantially central portion in the diaphragm short-side direction. A contact facing portion 18 is provided. The contact facing portion 18 is formed on the bottom surface of the recess 14 in the same process as the counter electrodes 15a and 15b. A dielectric insulating film 17 is also formed on the surface of the contact facing portion 18.
[0026]
Further, when the contact facing portion 18 and the diaphragm 10 of the diaphragm / liquid chamber substrate 1 are in contact with each other, they are connected to each other by wiring 19 so that the diaphragm 10 side is electrically connected to GND (grounding). ) The wiring 19 is grounded so as to have a potential. However, as long as the contact opposing portion 18 and the vibration plate 10 of the vibration plate / liquid chamber substrate 1 come into contact with each other, the same potential is not necessary, and they may be connected to a certain potential.
[0027]
The diaphragm / liquid chamber substrate 1 and the electrode substrate 2 are joined by anodic bonding. In anodic bonding, precise bonding can be performed at a relatively low temperature (300 ° C. to 400 ° C.) by applying a voltage (about −300 V to −500 V) between the substrates.
[0028]
In order to reliably perform such anodic bonding, either the vibration plate / liquid chamber substrate (first substrate 1) or the electrode substrate (second substrate) 2 is used so that the substrates are covalently bonded at the bonding interface of the substrates. Must be a substrate that contains a large amount of alkali ions, and when bonding, select a material whose coefficients of thermal expansion are relatively the same so that distortion between the substrates due to thermal stress is reduced It is preferable to do.
[0029]
Here, as described above, a single crystal silicon substrate is used for the first substrate 1, and the second substrate 2 contains a large amount of alkali ions such as Na, and Pyrex glass (boron having a relatively high thermal expansion coefficient with that of the silicon substrate. Since a (silicate glass) substrate is used, reliable bonding with little thermal distortion between the substrates can be obtained.
[0030]
In addition, when the electrode substrate 2 is formed of silicon, a direct bonding method through an oxide film can be used. This direct bonding is performed at a high temperature of about 1000 ° C. Further, when the electrode substrate 2 is formed of silicon and anodic bonding is performed, Pyrex glass is formed between the electrode substrate 2 and the diaphragm / liquid chamber substrate 1, and the anodic bonding is performed through this film. It can also be done. Further, the diaphragm / liquid chamber substrate 1 and the electrode substrate 2 can be bonded by eutectic bonding using a silicon substrate with a binder such as gold interposed on the bonding surface.
[0031]
In the nozzle plate 3, a large number of nozzles 4 are formed, and a groove portion for forming a fluid resistance portion 7 for communicating the common liquid chamber 8 and the discharge chamber 6 is formed. Here, a water-repellent film is formed on the ink ejection surface (nozzle surface side). This nozzle plate 3 uses a stainless steel substrate, but in addition to this, a nickel plated film by electroforming (electroforming) method, excimer laser processing on a resin such as polyimide, and punching a metal plate by pressing. It can also be used.
[0032]
The water-repellent film can be formed by a plating film by electrolytic or electroless nickel eutectoid plating (PTFE-Ni eutectoid plating) in which polytetrafluoroethylene fine particles, which are fluororesin fine particles, are dispersed.
[0033]
In this ink jet head, two rows of nozzles 4 are arranged, and two rows of discharge chambers 6, diaphragms 10, counter electrodes 15, etc. are arranged corresponding to each nozzle 4, and a common liquid chamber 8 is arranged at the center of each nozzle row. A configuration is adopted in which ink is supplied to the left and right ejection chambers 6. Thus, a multi-nozzle head having a large number of nozzles can be configured with a simple head configuration.
[0034]
The counter electrode 15a is extended to the outside to form a connection portion (electrode pad portion) 15A, and a driver IC 20 as a head drive circuit is mounted on the FPC cable 21 by flip chip bonding, and the FPC cable 21 The inkjet head is connected via an anisotropic conductive film or the like. At this time, the gap between the electrode substrate 2 and the nozzle plate 3 (gap 16 inlet) is hermetically sealed with a gap sealant 22 using an adhesive such as epoxy resin, and moisture enters the gap 16 and vibrates. The plate 10 is prevented from being displaced.
[0035]
Further, the entire inkjet head is bonded onto the frame member 25 with an adhesive. An ink supply hole 26 for supplying ink from the outside to the common liquid chamber 8 of the ink jet head is formed in the frame member 25, and the FPC cable 21 and the like are accommodated in a hole portion 27 formed in the frame member 25. The
[0036]
The frame member 25 and the nozzle plate 3 are sealed with a gap sealant 28 using an adhesive such as an epoxy resin, and the ink on the surface of the nozzle plate 3 having water repellency is transferred to the electrode substrate 2 or the FPC cable 21. To prevent it from going around.
[0037]
A joint member 30 with an ink cartridge is connected to the frame member 25 of the head, and ink is supplied from the ink cartridge to the common liquid chamber 8 through the ink supply hole 26 through a filter 31 thermally fused to the frame member 25. Supplied.
[0038]
Next, the operation of the ink jet head configured as described above will be described with reference to FIG.
When a positive pulse voltage (driving waveform) is applied to the counter electrodes 15a and 15b of the inkjet head by the driver IC 20, the surfaces of the counter electrodes 15a and 15b are charged to a positive potential, and the lower surface of the corresponding diaphragm 10 is set to a negative potential. Charge. Therefore, the diaphragm 10 bends downward (on the side of the counter electrodes 15a and 15b) due to electrostatic attraction.
[0039]
Here, the magnitude P of the electrostatic attraction force generated in the vibration plate 10 is expressed as in equation (1). Where ε is the dielectric constant of the air existing between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b, S is the effective area of the electrostatic force acting between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b, and V is the counter electrode The drive voltage applied to 15a and 15b, d represents the effective gap distance between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b.
[0040]
[Expression 1]
Figure 0003902716
[0041]
Here, the effective gap distance d means a relationship such as the expression (2), and when a substance having a dielectric constant other than air is interposed between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b. Is expressed by the following equation (2). However, in equation (2), daIs the distance of the air gap existing between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a, 15b, dεIs the thickness of the dielectric insulating layer 17 existing between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a, 15b, εrRepresents the relative dielectric constant of the dielectric insulating layer 17.
[0042]
[Expression 2]
Figure 0003902716
[0043]
That is, when a substance having a certain dielectric constant is interposed between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b, the thickness d of the interposed dielectric substance is expressed by the equation (2).εAnd the dielectric constant ε of the dielectric materialrBy changing the electric field strength E (that is, E = V / d) generated between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b and the magnitude of the electrostatic attraction force P generated thereby. It is. Therefore, as shown in the equation (1), the electrostatic attractive force P has a larger electrostatic attractive force on the diaphragm 10 as the effective gap distance d between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b is smaller. It will be.
[0044]
Therefore, when driving the inkjet head, as shown in FIG. 4, the diaphragm 10 bends in the direction of the opposing electrodes 15 a and 15 b, and finally the diaphragm 10 is disposed in the concave (step) portion 14. Then, a drive waveform that is deformed and displaced until it contacts the contact facing portion 18 that has the same potential as the diaphragm 10 is applied.
[0045]
In the conventional ink jet head, the residual charge is generated mainly due to the potential difference generated between the diaphragm and the counter electrode at the moment when the diaphragm contacts the counter electrode to which the drive voltage V is applied. It has been experimentally found that this occurs. Therefore, in the present invention, the contact facing portion 18 is disposed in advance in a portion where the diaphragm 10 mainly contacts within the concave (step) portion 14, and the contact facing portion 18 is electrically connected to the potential on the diaphragm 10 side in advance. By configuring the same potential, it is possible to essentially prevent the generation of residual charges.
[0046]
Next, when the application of the pulse voltage to the counter electrodes 15a and 15b is turned off, the vibration plate 10 bent as described above is restored, and the pressure in the discharge chamber 6 rapidly increases. Droplets are formed and ink is ejected toward the recording paper. Further, when the pulse voltage is turned ON again to the counter electrodes 15a and 15b, the diaphragm 10 is bent again in the direction of the counter electrodes 15a and 15b and the contact facing portion 18 facing each other, so that the ink is transferred from the common liquid chamber 8. The discharge chamber 6 is supplied through the fluid resistance portion 7.
[0047]
As described above, when the diaphragm 10 is deformed and contacts the opposing counter electrodes 15a and 15b, the contact facing portion 18 of the diaphragm 10 is disposed in the concave (step) portion 14 of the second substrate 2 in advance. In addition, by setting the contact facing portion 18 to be electrically the same as the potential on the diaphragm 10 side in advance, it is possible to prevent the generation of residual charges, and there is no generation of residual charges. A stable ink droplet ejection operation without ink droplet ejection failure can be performed even with only a polar driving voltage.
[0048]
In this case, since a potential difference also occurs between the counter electrodes 15a and 15b to which the driving voltage is applied and the contact facing portion 18 of the diaphragm 10, the counter electrodes 15a and 15b and the contact facing portion 18 of the diaphragm 10 Sufficient electrical insulation treatment is applied so as not to cause a discharge or a short circuit due to field emission or the like.
[0049]
In order to confirm this, the inkjet head having the above configuration is used, the third substrate 3 made of stainless steel is bonded to the upper side of the first substrate 1 with an epoxy adhesive, the driver IC 20 or the like is connected, and the counter electrode 15a, A printing test of the manufactured inkjet head was performed by applying a unipolar voltage of only a pulsed positive (positive) voltage to 15b. Similarly, as a comparative example, an ink jet head without the contact facing portion 18 was also manufactured, and a similar printing test was performed.
[0050]
According to this test result, in the conventional inkjet head that does not have the contact facing portion 18, residual charges are gradually accumulated between the diaphragm 10 and the counter electrode in only a few minutes, and ink droplets are ejected. While the ink droplet ejection state was extremely unstable due to the occurrence of a defect or the like, the inkjet head of the first embodiment was repeatedly stable for several hours or more with only a unipolar positive voltage. It was confirmed that the ink could be discharged and the print quality was stable.
[0051]
In addition, since it is possible to perform ink droplet ejection driving with only a positive (positive) voltage of one polarity, the device configuration of the driving circuit is simpler and smaller than before, and the circuit cost is also 30%. The above could also be made cheaper.
[0052]
Next, an inkjet head according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This figure is an enlarged explanatory view of the main part in the lateral direction of the diaphragm when the diaphragm is deformed, similar to FIG.
[0053]
In this ink jet head, the contact facing portions 18a and 18b are arranged at two locations in the concave (step) portion 14 of the second substrate 2 as the contact facing portions of the diaphragm 10 as described above, and a drive voltage is applied. As counter electrodes for this purpose, counter electrodes 15a, 15b, and 15c are arranged in three positions in the recess 14 with the contact facing portions 18a and 18b sandwiched in the lateral direction of the diaphragm.
[0054]
Then, the thickness of the dielectric insulating layer 17 such as SiO2 for protecting the electrode is made different between the contact facing portions 18a, 18b and the counter electrodes 15a, 15b, 15c. It is formed to be thick. Further, as in the above-described embodiment, the contact facing portions 18a and 18b are set to have the same electrical potential as the potential on the diaphragm 10 side in advance.
[0055]
Also in the ink jet head having this configuration, the contact facing portions 18a and 18b are set to have the same electric potential as the potential on the diaphragm 10 side in advance as described above, so that the diaphragm 10 comes into contact with the contact facing portions 18a and 18b. In essence, generation of residual charges can be prevented in advance.
[0056]
In addition to this, in the case of the present embodiment, the distance from the diaphragm 10 to the contact facing portions 18a, 18b from the head of the first embodiment is closer to the counter electrodes 15a, 15b, 15c to which voltage is applied. Since it is shorter than the distance, it is difficult for the diaphragm 10 to be reliably contacted by the counter electrodes 15a, 15b, 15c to which a voltage is applied, and as a result, the generation of residual charges can be prevented more reliably, and more A highly reliable and stable ink droplet ejection operation can be performed.
[0057]
In order to confirm this, using this inkjet head, the third substrate 3 made of stainless steel is bonded to the upper side of the first substrate 1 with an epoxy adhesive, and the driver IC 20 or the like is connected to the counter electrodes 15a, 15b, A printing test of the manufactured inkjet head was performed by applying a unipolar voltage having only a pulsed positive (positive) voltage to 15c.
[0058]
According to this test result, in the head of the first embodiment, there was a head that occasionally caused an ink droplet ejection failure due to the generation of residual charge, whereas in the ink jet head of the second embodiment, the residual was It was confirmed that there was no occurrence of a head that caused ink droplet ejection failure due to electric charge, yield was improved, and more stable ink ejection driving was possible.
[0059]
Next, an inkjet head according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This figure is also an enlarged explanatory view of the main part in the lateral direction of the diaphragm when the diaphragm is deformed, similar to FIG.
[0060]
Also in this ink jet head, the contact facing portions 18a and 18b are arranged at two locations in the concave (step) portion 14 of the second substrate 2 as the contact facing portions of the diaphragm 10 as described above, and a drive voltage is applied. As counter electrodes for this purpose, counter electrodes 15a, 15b, and 15c are arranged in three positions in the recess 14 with the contact facing portions 18a and 18b sandwiched in the lateral direction of the diaphragm.
[0061]
And in order to make the distance from the diaphragm 10 to the contact facing portions 18a, 18b shorter than the distance from the diaphragm 10 to the counter electrodes 15a, 15b, 15c to which voltage is applied, as in the second embodiment. Convex portions 14a and 14b are formed in two locations in the concave (step) portion 14, and contact facing portions 18a and 18b with which the diaphragm 10 contacts are provided on the convex portions 14a and 14b. Here, the material on the surface side of the contact facing portions 18a and 18b is made of a material (metal or the like) having electrical conductivity to be an electrode.
[0062]
In this ink jet head, compared to the heads of the first and second embodiments, there is no dielectric insulating layer 17 on the surface side of the contact facing portions 18a and 18b, and a material having electrical conductivity such as metal. Is formed of things.
[0063]
Therefore, for example, even when the charge is initially charged on the dielectric insulating layer 17 from the beginning for some reason during the manufacture of the head, the contact facing portions 18a and 18b have an electrical resistance with a relatively low resistance in advance. Since it is made of a conductive material, it does not occur that charges are initially charged on the contact facing portions 18a and 18b. In addition, it is possible to prevent the occurrence of residual charges more reliably and effectively.
[0064]
Next, an inkjet head according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This figure is also an enlarged explanatory view of the main part in the lateral direction of the diaphragm when the diaphragm is deformed, similar to FIG.
[0065]
Also in this ink jet head, the contact facing portions 18a and 18b are arranged at two locations in the concave (step) portion 14 of the second substrate 2 as the contact facing portions of the diaphragm 10 as described above, and a drive voltage is applied. As counter electrodes for this purpose, counter electrodes 15a, 15b, and 15c are arranged in three positions in the recess 14 with the contact facing portions 18a and 18b sandwiched in the lateral direction of the diaphragm.
[0066]
And, in order to make the distance from the diaphragm 10 to the contact facing portions 18a, 18b shorter than the distance from the diaphragm 10 to the counter electrodes 15a, 15b, 15c to which voltage is applied, as in the third embodiment. The contact facing portions 18a and 18b themselves are made of a material having electrical conductivity such as metal, and the thickness itself is made thicker than the thickness of the counter electrodes 15a, 15b and 15c to which voltage is applied. It is formed as follows.
[0067]
Therefore, this ink jet head has a simpler configuration than the head of the third embodiment, and the same effects as those of the third embodiment can be obtained with a configuration that can be easily manufactured.
[0068]
Using this inkjet head, a third substrate 3 made of stainless steel is bonded to the upper side of the first substrate 1 with an epoxy adhesive, and a driver IC 20 or the like is connected to the counter electrodes 15a, 15b, 15c in a pulse-like plus. A printing test of the produced inkjet head was performed by applying a unipolar voltage of only (positive) voltage.
[0069]
According to the test results, in the head of the second embodiment, there was a head that caused ink droplet ejection failure due to initial charging during the manufacturing, whereas in the inkjet head of the fourth embodiment, the head was manufactured. It was confirmed that there was no generation of a head that would cause ink droplet ejection failure due to initial charging during the process, yield was improved, and a more stable inkjet head could be manufactured. In addition, the head configuration becomes simpler and can be easily manufactured, so that the production efficiency of the head is improved.
[0070]
Next, an inkjet head according to a fifth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. This figure is also an enlarged explanatory view of the main part in the lateral direction of the diaphragm when the diaphragm is deformed, similar to FIG.
[0071]
In this ink jet head, as in the first embodiment, the contact facing portion 18 of the vibration plate 10 is provided in the concave (step) portion 14 of the second substrate 2 at a substantially central portion in the short side direction of the vibration plate. As counter electrodes for applying a voltage, counter electrodes 15 a and 15 b are arranged at two locations in the recess 14 with the contact facing portions 18 sandwiched in the lateral direction of the diaphragm.
[0072]
Further, as in the second embodiment, the distance between the diaphragm 10 and the contact facing portion 18 is shorter than the distance between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b to which a voltage is applied. The thickness of the dielectric insulating layer 17 for protecting the electrode is formed so that the thickness on the contact facing portion 18 is thicker than the insulating layer 17 on the counter electrodes 15a and 15b.
[0073]
When configured in this way, it is possible to obtain a sufficient effect of reliably and stably preventing the generation of residual charges with a simpler configuration than the heads of the second and third embodiments.
[0074]
Next, an inkjet head according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This figure is also an enlarged explanatory view of the main part in the lateral direction of the diaphragm when the diaphragm is deformed, similar to FIG.
[0075]
Also in this ink jet head, as in the first embodiment, the contact facing portion 18 of the vibration plate 10 is provided in the concave (step) portion 14 of the second substrate 2 at a substantially central portion in the short side direction of the vibration plate, and is driven. As counter electrodes for applying a voltage, counter electrodes 15 a and 15 b are arranged at two locations in the recess 14 with the contact facing portions 18 sandwiched in the lateral direction of the diaphragm. A dielectric insulating layer 17 is formed on the surface side of the contact facing portion 18 of the diaphragm 10.
[0076]
When configured in this way, it is possible to obtain a sufficient effect of reliably and stably preventing the generation of residual charges with a simpler configuration than the heads of the second and third embodiments.
[0077]
Next, an inkjet head according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This figure is also an enlarged explanatory view of the main part in the lateral direction of the diaphragm when the diaphragm is deformed, similar to FIG.
[0078]
Also in this ink jet head, as in the first embodiment, the contact facing portion 18 of the vibration plate 10 is provided in the concave (step) portion 14 of the second substrate 2 at a substantially central portion in the short side direction of the vibration plate, and is driven. As counter electrodes for applying a voltage, counter electrodes 15 a and 15 b are arranged at two locations in the recess 14 with the contact facing portions 18 sandwiched in the lateral direction of the diaphragm.
[0079]
Further, as in the third embodiment, in order to make the distance between the diaphragm 10 and the contact facing portion 18 shorter than the distance between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b to which voltage is applied, In order to make the distance between the contact facing portion 18 shorter than the distance between the diaphragm 10 and the counter electrodes 15a and 15b to which a voltage is applied, the convex portion 14a is provided in the concave (step) portion 14. The contact facing portion 18 made of a material having electrical conductivity such as metal is formed on the convex portion 14a.
[0080]
When configured in this way, it is possible to obtain a sufficient effect of reliably and stably preventing the generation of residual charges with a simpler configuration than the heads of the second and third embodiments.
[0081]
In each of these embodiments, when the counter electrodes 15a, 15b of the heads of the plurality of nozzles and the contact facing portion 18 of the diaphragm 10 are arranged on the second substrate 2, as shown in FIG. The counter electrodes 15a and 15b and the contact facing portions 18 of the diaphragm 10 are patterned on the second substrate 2 as shown in the figure, and the respective contact facing portions 18 are connected by the wiring 40 patterned as shown in the figure. Accordingly, it is possible to perform stable ink ejection driving while preventing the generation of residual charges even in a plurality of nozzles.
[0082]
Next, an inkjet head according to an eighth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. This figure is also an enlarged explanatory view of the main part in the lateral direction of the diaphragm when the diaphragm is deformed, similar to FIG.
[0083]
In this ink jet head, a dielectric insulating layer is formed on the surface of the counter electrode 15 for applying a driving voltage to the contact facing portion 18 with which the diaphragm 10 contacts within the concave (step) portion 14 of the second substrate 2 as shown in the figure. 17 is installed. Similarly to the above, the contact facing portion 18 is provided at substantially one central portion with respect to the diaphragm short side direction of the diaphragm 10. In this case, since the contact facing portion 18 of the diaphragm 10 is formed on the surface of the counter electrode 15 via the dielectric insulating layer 17, the distance between the diaphragm 10 and the contact facing portion 18 is inevitably larger. 10 and the distance between the counter electrode 15 to which a voltage is applied.
[0084]
When configured in this manner, the head can be easily manufactured with a simpler configuration than the heads of the second and third embodiments, and the effect of preventing the generation of residual charges in a more reliable and stable manner can be obtained. can get.
[0085]
Using this inkjet head, a third substrate 3 made of stainless steel is bonded to the upper side of the first substrate 1 with an epoxy adhesive, a driver IC 20 or the like is connected, and a pulsed positive voltage is applied to the counter electrode 15. A printing test was performed on the manufactured inkjet head by applying only one-polarity voltage.
[0086]
According to the test results, in the heads of the second and third embodiments, a head that becomes NG due to a head failure occurred during the manufacturing process, whereas in the head of this embodiment, NG due to the head failure was detected. As a result, the yield of the head was further improved, and a more stable inkjet head could be obtained. In addition, since the head configuration becomes simpler and can be more easily manufactured, the head production efficiency is improved.
[0087]
  Next, according to the present inventionAs an image forming apparatus according to the present invention, including an apparatus for discharging droplets from a droplet discharge headThe outline of the mechanism part of the ink jet recording apparatus will be briefly described with reference to FIG. In this ink jet recording apparatus, a main support guide rod 53 and a sub support guide rod 54 are horizontally mounted between side plates 51 and 52 on both sides in a substantially horizontal positional relationship, and the main support guide rod 53 and the sub support guide rod 54 are used. A carriage 55 is slidably supported in the main scanning direction.
[0088]
The carriage 8 includes heads 56y, 56m, and 56c each including four inkjet heads according to the present invention that respectively discharge yellow (Y) ink, magenta (M) ink, cyan (C) ink, and black (Bk) ink. , 56k are mounted with their discharge surfaces (nozzle surfaces) facing downward, and the head 56 (reference numeral “56” is one of “56y, 56m, 56c, 56k” or a generic name). ), Four ink cartridges 57 (reference numerals “57” are either “57y, 57m, 57c, 57k”) or ink supply bodies of respective colors for supplying ink to the four heads 56 respectively. (Generic name) is interchangeably mounted.
[0089]
The carriage 55 is connected to a timing belt 61 stretched between a drive pulley (drive timing pulley) 59 and a driven pulley (idler pulley) 60 that are rotated by the main scanning motor 58 to drive the main scanning motor 58. By controlling, the carriage 55, that is, the four heads 56 are moved in the main scanning direction.
[0090]
Further, sub frames 63 and 64 are erected on a bottom plate 62 connecting the side plates 51 and 52, and a conveying roller 65 for feeding the paper 66 in the sub scanning direction orthogonal to the main scanning direction is provided between the sub frames 63 and 64. Holds freely. A sub-scanning motor 67 is disposed on the side of the sub-frame 64, and a gear 68 fixed to the rotation shaft of the sub-scanning motor 67 and the transport roller 65 in order to transmit the rotation of the sub-scan motor 67 to the transport roller 65. And a gear 69 fixed to the shaft.
[0091]
Further, a reliability maintenance / recovery mechanism (hereinafter referred to as “subsystem”) 71 of the head 56 is disposed between the side plate 51 and the subframe 62. The sub-system 71 holds four cap means 72 for capping the ejection surface of each head 56 by a holder 73, holds the holder 73 by a link member 74 so as to be swingable, and moves the carriage 55 in the main scanning direction. When the carriage 55 comes into contact with the engaging portion 75 provided on the holder 73 by the movement, the holder 73 is lifted up according to the movement of the carriage 55, and the discharge surface of the head 56 is capped by the cap means 72. By moving to the region side, the holder 73 is lifted down as the carriage 55 moves, so that the cap means 72 is separated from the ejection surface of the head 56.
[0092]
The cap means 72 is connected to the suction pump 77 via the suction tube 76, forms an atmosphere opening, and communicates with the atmosphere via the atmosphere opening tube and the atmosphere opening valve. The suction pump 77 discharges the sucked waste liquid (waste ink) to a waste liquid storage tank through a drain tube or the like.
[0093]
Further, on the side of the holder 73, a wiper blade 80, which is a wiping means made of an elastic member such as a fiber member, a foam member, or rubber, for wiping the discharge surface 56a of the head 56 is attached to the blade arm 81. Is pivotally supported so that it can be swung by rotation of a cam that is rotated by a driving means (not shown).
[0094]
In this recording apparatus configured as described above, while the head 56 (carriage 55) is moved and scanned in the main scanning direction, the paper 66 is conveyed in the sub scanning direction, and ink droplets of a desired color are ejected from the nozzles of each head. By doing so, a required color image (including a monochrome image) is recorded on the paper 66.
[0095]
At this time, as described above, the ink jet head according to the present invention does not generate residual charges, can perform a stable ink droplet ejection operation, and can perform an ink droplet ejection operation with a unipolar drive waveform. Therefore, the configuration of the drive circuit is simplified, the device configuration is simple, and the size can be reduced.
[0096]
  In the above-described embodiment, the present invention is applied to the side shooter type inkjet head in which the vibration plate displacement direction and the ink droplet ejection direction are the same, but the edge shooter method orthogonal to the vibration plate displacement direction and the ink droplet ejection direction. The same can be applied to the inkjet head. Furthermore, the present invention can be applied not only to an ink jet head but also to a droplet discharge head that discharges a liquid resist or the like.Further, as described above, the present invention can also be applied to image forming apparatuses such as printers, facsimiles, and plotters, and apparatuses that eject droplets.
[0097]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present inventionDropletAccording to the ejection head, the diaphragm has a contact facing portion that comes into contact with the diaphragm when the diaphragm is deformed, and the contact facing portion has the same potential as the diaphragm.DropsA discharge operation can be performed.
[0098]
Here, the surface of the contact facing portion and the surface of the diaphragm in contact with the contact facing portion have electrical conductivity, so that the generation of residual charges can be more reliably prevented even with a unipolar drive waveform. The head yield is improved, and a more stable head can be manufactured.
[0099]
In addition, by making the distance between the diaphragm and the contact facing portion shorter than the distance between the diaphragm and the counter electrode, it is possible to more reliably prevent the generation of residual charges even in a unipolar drive waveform, Reliability can be improved. In this case, by making the height of the contact facing portion higher than the height of the counter electrode, it is possible to obtain a head that can more easily prevent the generation of residual charges. Furthermore, by providing the contact facing portion at a substantially central portion in the diaphragm lateral direction, a head in which the generation of residual charges can be more easily prevented can be obtained.
[0100]
In addition, by providing an insulating layer on the surface side of the counter electrode and providing a contact facing portion on which the diaphragm is in contact, the generation of residual charges can be reliably prevented with a simpler structure, and a stable head can be efficiently used. Can be manufactured. In this case, by providing the contact facing portion at a substantially central portion of the counter electrode in the lateral direction of the diaphragm, it is possible to reliably prevent the generation of residual charges with a simpler configuration.
[0101]
  According to the ink jet recording apparatus according to the present invention, the ink jet head for ejecting ink droplets according to the present invention.DropletSince the discharge head is used, stable image quality can be obtained and the configuration of the apparatus is simplified.Further, according to the image forming apparatus and the apparatus for ejecting droplets according to the present invention, since the droplet ejection head according to the present invention is used, stable image quality can be obtained and the configuration of the apparatus is simplified. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink droplet ejection head according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the head in the lateral direction of the diaphragm.
FIG. 4 is an enlarged explanatory view of the main part in the short direction of the diaphragm when the diaphragm of the head is deformed.
FIG. 5 is an enlarged explanatory view of a main part in a short side direction of the diaphragm when the diaphragm of the ink droplet discharge head according to the second embodiment of the present invention is deformed.
FIG. 6 is an enlarged explanatory view of the main part in the short side direction of the diaphragm when the diaphragm of the ink droplet discharge head according to the third embodiment of the present invention is deformed.
FIG. 7 is an enlarged explanatory view of a main part in the short side direction of the diaphragm when the diaphragm of the ink droplet discharge head according to the third embodiment of the present invention is deformed.
FIG. 8 is an enlarged explanatory view of a main part in the short side direction of the diaphragm when the diaphragm of the ink droplet discharge head according to the fourth embodiment of the present invention is deformed.
FIG. 9 is an enlarged explanatory view of a main part in the short side direction of the diaphragm when the diaphragm of the ink droplet discharge head according to the fifth embodiment of the invention is deformed.
FIG. 10 is an enlarged explanatory view of a main part in a short side direction of the diaphragm when the diaphragm of the ink droplet discharge head according to the fifth embodiment of the invention is deformed.
FIG. 11 is an explanatory plan view illustrating a wiring structure between a plurality of nozzles in each of the embodiments.
FIG. 12 is an enlarged explanatory view of the main part in the short side direction of the diaphragm when the diaphragm of the ink droplet discharge head according to the sixth embodiment of the present invention is deformed.
FIG. 13 is a schematic explanatory diagram of a mechanism portion of the ink jet recording apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibration plate / liquid chamber substrate, 2 ... Electrode substrate, 3 ... Nozzle plate, 4 ... Nozzle, 6 ... Discharge chamber, 7 ... Fluid resistance part, 8 ... Common liquid chamber, 10 ... Vibration plate, 14 ... Recessed part, 14a , 14b ... convex portions, 15, 15a, 15b, 15c ... counter electrode, 17 ... insulating film, 18, 18a, 18b ... contact opposing portion, 19 ... wiring, 20 ... driver IC, 55 ... carriage, 56 ... head.

Claims (10)

液滴を吐出するノズルと、そのノズルに連通する流路と、その流路の壁面を形成する振動板と、その振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動板を静電力で変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板が変形して振動板が接触可能な接触対向部とを有し、その接触対向部が振動板と同電位であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 It has a nozzle that discharges droplets , a flow path that communicates with the nozzle, a diaphragm that forms the wall surface of the flow path , and a counter electrode that faces the diaphragm, and the diaphragm is deformed by electrostatic force in the droplet discharge head for discharging liquid droplets by the vibration plate and a contact face portion capable of contacting vibration plate is deformed, and characterized in that the contact face portion is at the same potential and the diaphragm Droplet discharge head. 請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記接触対向部の表面とその接触対向部に接する振動板の表面とは電気的伝導性を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 1, the droplet discharge head, wherein the contact facing portion of the surface and the diaphragm surface in contact with the contact face portion has an electrical conductivity. 請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板と前記接触対向部との間の距離が前記振動板と前記対向電極との間の距離よりも短くしたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 1 or 2, the liquid, wherein a distance between the vibrating plate and the contact face portion is shorter than the distance between the counter electrode and the diaphragm Drop ejection head. 請求項3に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記接触対向部の高さが前記対向電極の高さよりも高いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 3, the droplet discharge head height of the contact facing portion may be higher than the height of the counter electrode. 請求項1乃至4のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記接触対向部は振動板短手方向の略中央部に設けたことを特徴とする液滴滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 4, wherein the contact face portion is droplet ejection head is characterized in that provided at the substantially central portion of the diaphragm lateral direction. 請求項1乃至5のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記対向電極の表面側に絶縁層を設け、その絶縁層上に前記振動板が接する接触対向部を設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。6. The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein an insulating layer is provided on a surface side of the counter electrode, and a contact facing portion in contact with the diaphragm is provided on the insulating layer. Droplet discharge head. 請求項6に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記接触対向部は前記対向電極の振動板短手方向の略中央部に設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 6, wherein the contact face portion is droplet discharge head, characterized in that provided at the substantially central portion of the diaphragm lateral direction of the counter electrode. インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが前記請求項1乃至7のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。8. An ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head for ejecting ink droplets, wherein the ink jet head is the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 7. 液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項1乃至7のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。8. An image forming apparatus comprising a droplet discharge head, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 7. 液滴吐出ヘッドから液滴を吐出する装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項1乃至7のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液滴を吐出する装置。An apparatus for ejecting droplets from a droplet ejection head, wherein the droplet ejection head is the droplet ejection head according to any one of claims 1 to 7.
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