JP4307938B2 - 静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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本発明は静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置に関する。
例えば、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として用いるインクジェット記録装置において使用するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室(吐出室、圧力室、加圧液室、インク流路とも称される)と、この液室内のインクを加圧するためのエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備えて、エネルギーを発生することによって液室内のインクに圧力を作用させ、ノズルからインク滴を吐出させるものである。
インクジェットヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータを用いたもの、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータを用いたもの、振動板と電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いたものなどがあり、この中でも静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式のヘッドに比べて優位であることから、現在開発が盛んに行われている。
このような静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドとしては、個別電極を形成した電極基板と、液室及び個別電極に空隙(ギャップ)を介して対向する振動板を形成した流路基板と、ノズルを形成したノズル基板との積層構造で構成されるものが知られている。
特開平6−71882号公報
この静電型インクジェットヘッドは、ノズルに連通した液室の一面に振動板を形成し、また振動板に対向させて個別電極を配し、振動板と個別電極間に駆動パルス電圧を印加することで、個別電極と振動板の間に発生する静電力によって振動板を変形させ、電圧を除去することによって振動板が復帰変形することにより、液室内のインクに圧力をかけ、ノズルからインク滴を吐出させるものである。
ところで、静電型インクジェットヘッドにおいては、振動板の変位により液滴を吐出する機構を採用していることから、外気の気圧あるいは気温の変化によって振動板の変位に影響が生じると、滴吐出特性が変動することになる。
すなわち、静電型アクチュエータが閉じられた系により形成されることで、アクチュエータ駆動室内の気圧と外気圧の気圧差によって振動板の平衡状態が変化することになり、吐出される液滴の吐出量や速度(滴吐出特性)が変化し、安定した動作を維持できなくなる。
そこで、アクチュエータ駆動室に連通した第二の空気室を形成し、この第二の空気室は段差を複数有する形状に形成して、各段差部分に対応して個別電極及び振動板を形成することにより、段階的に容積を変化可能として、アクチュエータ駆動室に対する外気の気圧変動を緩和し、液滴の吐出不良防止を図り、より広範囲の環境気圧に対応できるようにしたヘッドが知られている。
特開2000−272120公報
またアクチュエータの駆動室に連通した第二の空気室に、振動板より剛性の低い低剛性可変部を形成し、アクチュエータ駆動室内の容積変化あるいは圧力変動によって低剛性可変部が変形することで容積変化や圧力変動を吸収することにより、振動板の平衡状態を保持するようにしたヘッドも知られている。
特開2002−273872公報
一方、上記のような電極基板、流路基板及びノズル基板を用いる静電型インクジェットヘッドにおいては、流路基板は、結晶面方位(110)のシリコン基板をKOH水溶液などの強いアルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることで、所望の厚さの振動板及び液室が形成される。
しかしながら、インクジェットヘッドの更なる小型化、高密度化に伴って、シリコン基板の異方性エッチングで振動板を形成する方法では、隣接ビット間の隔壁が薄くなり、その結果隔壁の剛性が低下して、隣接ビット間のクロストークが発生して、滴吐出特性が不安定になる。
そこで、個別電極を形成する基板に犠牲層エッチングによって振動板及び空隙部(ギャップ)を形成し、この基板上に液室間隔壁を形成する流路基板を接合することでヘッドを構成すること提案されている。
特開2001−18383公報
この犠牲層エッチングによる方法を用いることにより、流路基板は振動板の厚みを考慮することなく隔壁を形成することが可能になり、所望の隔壁剛性を得ることができる。
上述したように、犠牲層エッチングによって振動板及び空隙部(ギャップ)を形成するためには、犠牲層を除去するためのエッチングホール(犠牲層除去孔)を形成して犠牲層を除去した後、ギャップ内に液室からインクが流入することを防止し、あるいは外気からの水分あるいは異物がギャップ内に侵入することを防止するために、エッチングホールを封止して外部と遮断しなければならない。
このようなエッチングホールの封止は、主に接着剤等の樹脂材料が用いられているが、樹脂材料は透気性を有することから、ギャップ内を外気と完全に遮断することはできない。
そのため、犠牲層エッチングでギャップを形成する静電型アクチュエータ及びこれを用いた液滴吐出ヘッドにあっては、アクチュエータ駆動室内の圧力変動によって、振動板の動作が不安定になり、またこの結果滴吐出特性が変動するという課題が生じている。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、安定した動作特性が得られる静電型アクチュエータ、安定した滴吐出特性が得られて高画質記録が可能な液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ、この液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係る静電型アクチュエータは、犠牲層エッチングにより振動板と電極間にギャップ(空隙)を形成し、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、ギャップ及びバッファ室を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている構成とした。
本発明に係る静電型アクチュエータは、犠牲層エッチングにより振動板と電極間にギャップ(空隙)を形成し、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、ギャップとバッファ室との間は犠牲層エッチングにより形成された連通路で連通され、連通路を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている構成とした。
ここでバッファ室は、壁面の一部が容積可変に形成されていることが好ましい
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、本発明に係る静電型アクチュエータを含む基板と、液室が形成された流路基板と、液滴を吐出するためのノズルが形成されたノズル基板とによる構成とした。
ここで、バッファ室と連通したキャビティ室を有していることが好ましい。また、バッファ室と透気性を有した樹脂材料を介して連通したキャビティ室を有していることが好ましい。さらに、バッファ室が流路基板に形成されていることが好ましい。
本発明に係る液体カートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化したものである。
本発明に係る液体画像形成装置は、液滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッド、または本発明に係る液体カートリッジを搭載したものである。
本発明に係る静電型アクチュエータによれば、犠牲層エッチングにより振動板と電極間にギャップ(空隙)を形成し、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、ギャップ及びバッファ室を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている構成としたので、アクチュエータの駆動時に生ずるギャップ内の気圧変動をバッファ室の容積により吸収することができ、ギャップ内の気圧変動が緩和され、安定した動作が得られる。
本発明に係る静電型アクチュエータによれば、犠牲層エッチングにより振動板と電極間にギャップ(空隙)を形成し、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、ギャップとバッファ室との間は犠牲層エッチングにより形成された連通路で連通され、連通路を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている構成としたので、アクチュエータの駆動時に生ずるギャップ内の気圧変動をバッファ室の容積により吸収することができ、ギャップ内の気圧変動が緩和され、安定した動作が得られる。
また、本発明に係る液滴吐出ヘッド及び液体カートリッジによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、振動板の振動変位が安定するとともに、滴吐出量および滴吐出速度の安定化が図れ、信頼性に優れ、高画質記録が可能になる。
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッド又はこれを含む液体カートリッジを備えているので、高画質記録を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明に係る静電型アクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第1実施形態について図1ないし図4を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの平断面説明図、図2は同ヘッドを分解した状態の平面説明図、図3は図2のA−A線に沿う断面説明図、図4は図2のB−B線に沿う断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、アクチュエータ基板1と流路基板2とノズル基板3を順次積層して構成し、これら3枚の基板1、2、3を接合することで、液滴を吐出するノズル4がノズル連通路5を介して連通する液室6、液室6に液体(インク)を供給するための流体抵抗部7及びインク供給孔8を形成している。各液室6は液室間隔壁9で仕切られている。
アクチュエータ基板1には、本発明に係る静電型アクチュエータであるアクチュエータ素子11が各液室6に対応して形成されている。このアクチュエータ素子11は、振動板12と、この振動板12と犠牲層エッチングで形成されたギャップ(空隙)13を介して対向する電極(個別電極)14とで構成される。
また、アクチュエータ基板1には各アクチュエータ素子11のノズル4の並び方向側方に犠牲層エッチングで形成したバッファ室(第2の空隙)16が形成され、各アクチュエータ素子11のギャップ13は同じく犠牲層エッチングで形成した連通路(通気管)17を介してバッファ室16に連通している。
さらに、アクチュエータ基板1には流路基板2のインク供給孔8が臨み、外部からインクが供給されるインク供給路18を形成している。形成している。
流路基板2は、例えば、結晶面方位(110)の単結晶シリコン基板をKOH水溶液などの強アルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることによって形成したものであり、アクチュエータ基板1と流路基板2は接着接合によって一体化している。
ノズル基板3は、NiやSUSなどの金属板、あるいはセラミックス、ガラス、あるいは樹脂などによって形成し、ノズル4はドライ又はウェットエッチングやレーザー加工など周知の方法で形成することができる。また、このノズル基板3の吐出方向面には、インクとの撥水性を確保するために、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜が形成している。
ここで、アクチュエータ基板1の具体的構成を説明する。
図3及び図4に示すように、アクチュエータ基板1は、シリコン基板21上に熱酸化膜22などの絶縁膜を形成し、この熱酸化膜22上に個別電極14を所要の電極形状にパターニングして形成し、この個別電極14に絶縁膜23、ポリシリコンなどの犠牲層24、絶縁膜25を順次積層し、この絶縁膜25上に振動板電極26を所要の形状にパターニングして形成し、更に絶縁膜27を形成した後、絶縁膜25、27にエッチングホール(犠牲層除去孔)28を形成して、個別電極14と振動板電極26との間の犠牲層をエッチングで除去することでギャップ13、バッファ室16及び連通路17並びに振動板12を形成し、その後、犠牲層除去孔28を封止するととも、アクチュエータ素子11の耐接液性を向上するための樹脂材料からなる封止接液膜29を振動板12上に形成している。
なお、個別電極14及び振動板電極26としては、ポリシリコン膜を用いている。電極の材料としては、高温耐性を有し、加工性に優れ、且つ成膜表面の凹凸が少ない材料が好ましく、ポリシリコン以外では例えばTiNなどの高融点金属材料も好ましい。また、個別電極16はパッド配線31を介して外部の電極パッド32と接続されている。
また、個別電極14及び振動板電極26の対向面側に形成した個別電極側絶縁膜23及び振動板側絶縁膜25は、当接時の短絡、放電による損傷を防止するとともに、犠牲層24の残存部分と相俟ってギャップ13のスペーサーを兼ねるようしている。さらに、振動板12上に形成し、エッチングホール28を封止する封止接液膜29としては、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール膜)が好ましい。
以上のように構成したヘッドにおいては、振動板12を共通電極とし、個別電極14との間に駆動パルス電圧を印加することによって、振動板12と個別電極14間に発生した静電力によって振動板12が個別電極14側に変形変位する。その後、駆動パルス電圧を放電することによって、振動板12が復帰変形して、液室6の内容積の変化、及び圧力の作用によってノズル4からインク滴が吐出する。
ここで、アクチュエータ素子11を高周波駆動したときのギャップ13内の気圧変動は、ギャップ13が連通路17を介してバッファ室16に連通していることにより、バッファ室16によって吸収される。これにより、振動板12の振動変位が安定して、アクチュエータ素子11の安定した動作が行われ、滴吐出体積及び滴吐出速度の安定化が図れて、信頼性が向上する。
なお、バッファ室16の大きさは、短辺幅0.1mmから1.0mmの間で形成されることが好ましい。また、バッファ室16をアクチュエータ素子11が配列された両端側にそれぞれ配置することによって、より一層気圧変動を緩和する効果を得ることができる。
次に、具体的な実施例について説明する。
(実施例)
アクチュエータ素子11を形成する振動板12の短辺幅は60μm、長辺幅は800μmとし、ノズル配列密度を300dpi相当とし、アクチュエータ素子11を384個配列して構成し、バッファ室16は短辺幅0.25mm、長辺幅3.2mmで形成したヘッドを作製した。
(比較例)
図5ないし図8に示すように、バッファ室及び連通路を有しない構成のヘッドを作製した。なお、この比較例のヘッドのその他の構成は図1ないし図4と同様であるので、説明を省略する。
そこで、これらの実施例及び比較例のヘッドについて、駆動時間と滴吐出速度の関係を測定した。この結果を図9に示している。この図9から分かるように、バッファ室を具備した本発明に係る液滴吐出ヘッドである実施例のヘッドでは、バッファ室がない比較例のヘッドと比較して、駆動時間に対する滴吐出速度の変化がほとんどなく、安定した動作特性、吐出特性を得ることができる。
このように、犠牲層エッチングにより形成されたギャップに連通したバッファ室を設けることによって、静電型アクチュエータの駆動時に生ずるギャップ内の気圧変動をバッファ室の容積により吸収することができ、ギャップ内の気圧変動が緩和される。また、これによって、振動板の振動変位が安定するとともに、滴の吐出量及び吐出速度の安定化を図れて、信頼性に優れた高画質記録が可能な液滴吐出ヘッドが得られる。
この場合、バッファ室及びギャップとバッファ室とを連通する連通路を犠牲層エッチングで形成することにより、ギャップの形成と同様にバッファ室及び連通路を形成することができ、工程が複雑化することなく高品質のアクチュエータ及び液滴吐出ヘッドを製作することができる。
また、ギャップ及びバッファ室を形成するときの犠牲層エッチングホール(犠牲層除去孔)は透気性を有した樹脂により封止しているので、外気圧の変動に対してギャップ内の気圧が追従するため、常に振動板の変位を一定に保つことが可能となる。これによって、使用環境に影響されることなく、安定した動作特性、吐出性能が得られる。さらに、透気性を有する樹脂材料によって封止することで、ギャップ内への水分あるいは微粒子等の異物混入が避けられ、アクチュエータの安定駆動を行うことができる。
すなわち、犠牲層エッチングによって振動板及びアクチュエータのギャップ(空隙部)を形成するとともに、ギャップに連通するバッファ室(第2の空隙部)を形成することによって、アクチュエータ内の圧力変動をバッファ室で吸収して、動作特性ないし吐出特性の安定化を図っている。
さらに、ギャップ及びバッファ室を犠牲層エッチングで形成するためのエッチングホール(犠牲層除去孔)は透気性を有する樹脂材料を封入し外気と遮断している。つまり、アクチュエータのギャップが完全に閉じられた場合、外気圧の変動に対する補正機能を持たせなければならないため、アクチュエータの複雑化、大型化を招くことになる。これに対して、ギャップ内部が透気性を有する系とすることで、外気圧の変動に対する補正機能が不要になり、アクチュエータの小型化と構成の簡略化を図れる。
一方、ギャップ内部が透気性を有することで、アクチュエータ駆動時の振動板の変位に伴ってギャップ内部に気圧変動が生じることになる。例えば、振動板の変位に伴ってギャップ内部の気体が押し出されることによって、ギャップ内部が負圧になると、振動板初期位置が電極方向に移動することになり、振動板変位量が不足して、滴体積が減少し、滴速度が低下することになる。そこで、上述したようにバッファ室を設けることで圧力変動を吸収するが、この場合、エッチングホールを封止する封止材料に対する考慮も必要になる。
例えば、前述した図9で説明したように、数十秒のアクチュエータ駆動時間によってギャップ内の気圧変動が生じることから、用いる封止材料はある程度遮断性を有する材料が好ましい。また、透気性に関しては封止材料の種類に依存するが、封止材料の膜厚によっても影響を受ける。
本発明者らの実験によると、封止材料としてPBO膜を用いた場合、PBO膜の膜厚を0.2μm〜10μmの範囲内、好ましくは、0.5μm〜5μmの範囲内にすることで、良好な効果が得られることが確認できた。
このように、ギャップ及びバッファ室、若しくは連通路を犠牲層エッチングによって形成するときに用いる犠牲層除去孔を、透気性を有する樹脂材料で封止することで、外気圧の変動に対してギャップ内の気圧が追従するために振動板の変位を一定に保つことができ、使用環境に影響を受けることなく、安定した動作特性が得られ、ヘッドのおける滴吐出特性の安定化を図れる。また、透気性を有する樹脂を用いることにより、ギャップ内への水分、微粒子などの異物混入を防止できる。
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第2実施形態について図10及び図11を参照して説明する。なお、図10は同ヘッドの分解平面説明図、図11は図10のE−E線に沿う断面説明図である。
このヘッドでは、流路基板2に、アクチュエータ基板1に形成されたバッファ室16に連通路42を介して連通するキャビティ室41を形成している。このキャビティ室41は液室6と同様に、KOH等のアルカリ水溶液よる異方性エッチングによって形成している。また、アクチュエータ基板1の連通路42は、バッファ室16上の振動板側絶縁膜25、絶縁膜27及び封止接液膜29を開口することで形成している。
ここで、加工精度はキャビティ室41よりもドライエッチングで形成するバッファ室16の方が優れているため、キャビティ室41はバッファ室16よりも大きく形成することが好ましい。また、この方法によれば、バッファ室16の短辺幅をより小さく形成することが可能となる。
例えば、アクチュエータ素子11と同等の60μm程度でバッファ室16を形成した場合にも、キャビティ室41の深さや容積によって、大容積のバッファエリアを形成することが可能であり、アクチュエータ素子11の効率的な配置が可能になる。
具体的には、キャビティ室41の大きさは、バッファ室16の短辺幅0.25mmに対して、キャビティ室41の短辺幅は0.35mm、長辺幅は3.0mm、キャビティ室41の深さは100μmで形成している。ただし、キャビティ室41は前述したように異方性ウェットエッチングによって形成されるものとする。
なお、ここでは、優れた加工精度を得るために、キャビティ室41をバッファ室16よりも大きく形成しているが、キャビティ室41の方がバッファ室16よりも小さく形成されている場合においても、アクチュエータ素子11の気圧変動を吸収する効果は十分得ることができる。
このように、バッファ室に連通したキャビティ室を流路基板に形成することによって、より大きなバッファ容積が確保でき、ギャップ内の気圧変動に対する吸収効果がより大きくなる。また、キャビティ室を流路基板に形成することにより、アクチュエータ基板に形成するバッファ室の寸法、容積の省スペース化を図れ、アクチュエータ素子が効率よく配置形成できるようになり、高密度な液滴吐出ヘッドの形成が可能となる。
次に、本発明の第3実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて図12及び図13を参照して説明する。なお、図12は同ヘッドの分解平面説明図、図13は図12のF−F線に沿う断面説明図である。
このヘッドでは、流路基板2にキャビティ室41を形成するとともに、このキャビティ室41とアクチュエータ基板1に設けたバッファ室16との間に第2振動板(変形可能部分)52を形成している。
この第2振動板52は、振動板12と同じ層構成であり、絶縁膜25、振動板電極26を構成しているポリシリコン層53、絶縁膜27で形成され、絶縁膜27上には封止接液膜29が形成されている。
このように、バッファ室16の1つの壁面を変形可能な第2振動板52とすることによって、アクチュエータ素子11を高周波駆動したときに生ずるギャップ13内の気圧変動に対して、バッファ室16を介して第2振動板52が動作(変位)することでバッファ室16内の容積を変化させることができ、ギャップ13内の気圧変動をより効果的に吸収することができる。
なお、バッファ室16の短辺方向の幅は、アクチュエータ素子11のギャップ13の幅よりも大きく形成し、バッファ室16上に形成する第2振動板52の剛性はアクチュエータ素子11の振動板12の剛性よりも低くなるように設定する。すなわち、第2振動板52の剛性が振動板12よりも高いと、ギャップ13及びバッファ室16内の気圧変動による圧力は振動板12に変形させようとする力となり、バッファ室16の容積変化を生じさせるための第2振動板52を変形させる力が少なくなる。具体的には、バッファ室16上に形成する第2振動板52の短辺方向の幅は100μm〜400μmの間で形成することが好ましい。
このように、バッファ室の1つの壁面を変形可能な第2振動板(変形可能部分)とすることによって、バッファ室の容積を変化することができる。これにより、流路基板2に形成されるキャビティ室41の容積を小さくすることができるので、流路基板にキャビティ室を形成することによる流路基板の剛性低下を抑制することができる。また、バッファ室の容積を可変とする第2振動板は、アクチュエータ素子の振動板と同様に形成することができ、工程が複雑化することなく高品質の液滴吐出ヘッドを製作することができる。
次に、本発明の第4実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて図14を参照して説明する。なお、図14は同ヘッドの要部断面説明図である。
このヘッドでは、バッファ室16を形成するための犠牲層エッチングホール(犠牲層除去孔)28を第2振動板41の部分に複数形成し、いずれのエッチングホール28も封止説液膜29によって封止している。
このように、犠牲層エッチングホール28を介した透気性、すなわち犠牲層エッチングホール28を封止する透気性を有した樹脂膜(封止接液膜29)が増えることによって、バッファ室16とキャビティ室41間の透気性をより高めることができるとともに、第2振動板52を設けることで、キャビティ室41及びバッファ室16内への外気からの水分の混入を回避することができるようになる。
次に、本発明の第5実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて図15及び図16を参照して説明する。なお、図15は同ヘッドの分解平面説明図、図16は図15のG−G線に沿う断面説明図である。
このヘッドでは、流路基板2に形成したキャビティ室41を外気と連通させるための大気通気口555をアクチュエータ基板1に形成している。
ここで、キャビティ室41はバッファ室16より大きく形成し、大気連通口55はバッファ室16と干渉しない領域に形成する。
これにより、バッファ室16は封止接液膜29を介して、外気と同気圧であるキャビティ41と透気性を保ちながら、外部と遮断されることになる。
次に、本発明の第6実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて図17ないし図120を参照して説明する。なお、図17は同ヘッドの分解平面説明図、図18は図17のH−H線に沿う断面説明図、図19は図17のI部の拡大説明図、図20は図17のI部の他の例を示す拡大説明図である。
このヘッドは、アクチュエータ基板1にアクチュエータ素子11を2列(一方の列を奇数(odd)列11A、他方の列を偶数(even)列11Bとする。)、各列11A,11Bに384個、各々半ピッチずらして千鳥状に配置している。
そして、アクチュエータ基板1にはアクチュエータ素子11の偶数列11Aと奇数列11Bとの間に、各列用のバッファ室16A、16B、各列のギャップ13とバッファ室16A、16Bをそれぞれ連通する連通路17A、17Bを形成している。なお、バッファ室16A、16B及び連通路17A、17Bの形成方法は、第1実施形態で説明したと同様に、犠牲層エッチングホールを介した犠牲層エッチングによって行う。
また、犠牲層エッチングによって形成されるバッファ室16A、16Bは、空隙部の強度を確保するために、部分的に柱状に犠牲層を残したバッファ室柱61を形成している。
さらに、連通路17の形状としては、図19に示すように空隙として形成することもでき、あるいは、図20に示すように、連通路17内に部分的に犠牲層を柱状に残した通気管柱62を形成したものとすることもできる。図20に示すような構成とすることで、連通路17として大きな通路を形成することができて、ギャップ13とバッファ室16A、16B間の通気効率が高めることができる。
具体的には、バッファ室16A、16Bはa方向3200μm長、b方向250μm長で形成し、バッファ室柱61a方向5μm、b方向70μm、またバッファ室柱61の配列ピッチはa方向1000μm、b方向70μmとした。
次に、本発明に液体カートリッジについて図21を参照して説明する。
このインクカートリッジ一体型ヘッド100は、ノズル孔101等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド102と、このインクジェットヘッド101に対してインクを供給するインクタンク103とを一体化したものである。
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンク(液体タンク)を一体化することにより、滴吐出特性のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ(インクタンク一体型ヘッド)が低コストで得られる。
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の機構の一例について図22及び図23を参照して説明する。なお、図22は同記録装置の斜視説明図、図23は同記録装置の機構部の側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体111の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部112等を収納し、装置本体111の下方部には前方側から多数枚の用紙113を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)114を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙113を手差しで給紙するための手差しトレイ115を開倒することができ、給紙カセット114或いは手差しトレイ115から給送される用紙113を取り込み、印字機構部112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116に排紙する。
印字機構部112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121と従ガイドロッド122とでキャリッジ123を主走査方向(図12で紙面垂直方向)に摺動自在に保持し、このキャリッジ123にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド124を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ123にはヘッド124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125を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。
インクカートリッジ125は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド124を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ123は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド121に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド122に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ123を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ127で回転駆動される駆動プーリ128と従動プーリ129との間にタイミングベルト130を張装し、このタイミングベルト130をキャリッジ123に固定しており、主走査モーター127の正逆回転によりキャリッジ123が往復駆動される。
一方、給紙カセット114にセットした用紙113をヘッド124の下方側に搬送するために、給紙カセット114から用紙113を分離給装する給紙ローラ131及びフリクションパッド132と、用紙113を案内するガイド部材133と、給紙された用紙113を反転させて搬送する搬送ローラ134と、この搬送ローラ134の周面に押し付けられる搬送コロ135及び搬送ローラ134からの用紙113の送り出し角度を規定する先端コロ136とを設けている。搬送ローラ134は副走査モータ137によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ123の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ134から送り出された用紙113を記録ヘッド124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139を設けている。この印写受け部材139の用紙搬送方向下流側には、用紙113を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ141、拍車142を設け、さらに用紙113を排紙トレイ116に送り出す排紙ローラ143及び拍車144と、排紙経路を形成するガイド部材145,146とを配設している。
記録時には、キャリッジ123を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド124を駆動することにより、停止している用紙113にインクを吐出して1行分を記録し、用紙113を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙113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113を排紙する。
また、キャリッジ123の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド124の吐出不良を回復するための回復装置147を配置している。回復装置147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123は印字待機中にはこの回復装置147側に移動されてキャッピング手段でヘッド124をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド124の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。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。
このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、インク滴の吐出特性のバラツキが少なく、高い画像品質の画像を記録できる画像形成装置が得られる。
ここまで述べてきたように、本実施形態の例として液滴吐出ヘッドを挙げてきたが、本発明による静電アクチュエータは光学走査ミラーや光学バルブなどの光学デバイスとしても利用できるものである。
本発明に係る液滴吐出ヘッドの第1実施形態を示す平断面図である。 同ヘッドを分解した状態の平面説明図である。 図2のA−A線に沿う断面説明図である。 図2のB−B線に沿う断面説明図である。 バッファ室及び連通路を有しない液滴吐出ヘッドの平断面図である。 図5のヘッドを分解した状態の平面説明図である。 図6のC−C線に沿う断面説明図である。 図6のD−D線に沿う断面説明図である。 液滴吐出ヘッドの液吐出特性を示すグラフである。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第2実施形態を示す平断面図である。 図10のE−E線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第3実施形態を示す平断面図である。 図12のF−F線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第4実施形態を示す断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第5実施形態を示す平断面図である。 図15のG−G線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第6実施形態を示す平断面図である。 図17のH−H線に沿う断面説明図である。 図17のI部の拡大説明図である。 図17のI部の他の例を示す拡大説明図である。 本発明に係る液体カートリッジの説明に供する斜視説明図 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する斜視説明図 同画像形成装置の機構部の説明図
符号の説明
1…アクチュエータ基板
2…流路基板
3…ノズル基板
4…ノズル
5…ノズル連通路
6…液室
7…流体抵抗部
8…インク供給孔
9…液室間隔壁
11…アクチュエータ素子
12…振動板
13…ギャップ(空隙)
14…電極(個別電極)
16…バッファ室
17…連通路(通気管)
18…インク供給路
21…シリコン基板
22…熱酸化膜
23…絶縁膜
24…犠牲層
25…絶縁膜
26…振動板電極
27…絶縁膜
28…エッチングホール(犠牲層除去孔)
29…封止接液膜
31…パッド配線
32…電極パッド
41…キャビティ室
42…連通路
52…第2振動板
53…ポリシリコン層
55…大気通気口
61…バッファ室柱
62…通気管柱


Claims (8)

  1. 変形可能な振動板とこれに犠牲層エッチングにより形成されたギャップを介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータにおいて、
    前記ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、
    前記ギャップ及び前記バッファ室を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている
    ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
  2. 変形可能な振動板とこれに犠牲層エッチングにより形成されたギャップを介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータにおいて、
    前記ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、
    前記ギャップと前記バッファ室との間は犠牲層エッチングにより形成された連通路で連通され、
    前記連通路を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている
    ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
  3. 請求項1又は2に記載の静電型アクチュエータにおいて、前記バッファ室の壁面の一部が容積可変に形成されていることを特徴とする静電型アクチュエータ。
  4. 請求項1ないしのいずれかに記載の静電型アクチュエータを含む基板と、液室が形成された流路基板と、液滴を吐出するためのノズルが形成されたノズル基板とによって構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  5. 請求項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記バッファ室と連通したキャビティ室を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  6. 請求項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記バッファ室と透気性を有した樹脂材料を介して連通したキャビティ室を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  7. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項ないし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体カートリッジ。
  8. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、請求項ないしのいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項に記載の液体カートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。
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