JP4326772B2 - Droplet discharge head, ink cartridge, and ink jet recording apparatus - Google Patents

Droplet discharge head, ink cartridge, and ink jet recording apparatus 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、インクカートリッジ並びにインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平6−8429号公報
【特許文献2】
特開2001−287371号公報
【0003】
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)として用いるインクジェット記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドとして、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【0004】
これらの各種ヘッドの内でも、ノズル開口が形成されたノズル形成部材(ノズル板)と振動板とをスぺーサ(流路形成部材、流路板)の両面に接着して圧力発生室(液室)を形成し、振動板を圧電素子により変形させる方式のインクジェットヘッドは、インク滴を飛翔させるための駆動源として熱エネルギーを使用しないため熱によるインクの変質がなく、特に熱により劣化しやすいカラーインクを吐出させる上で利点がある。しかも、圧電振動子の変位量を調整してインク滴のインク量を自在に調節することが可能であるため、高品質なカラー印刷のためのインクジェット記録装置を構成するのに最適なヘッドである。
【0005】
このようにノズル板、流路形成部材である流路板、振動板を積層接合したヘッドを製作するにあたっては、振動板と流路板との接合、あるいはそれらの接合ユニットとアクチュエータユニットとの接合、あるいは流路板とノズル板との接合に対して、高精度な位置合わせが必要となる。
【0006】
従来、このような積層構造のヘッドにおける各構成部材のの位置合わせを行うために、【特許文献1】に開示されているように位置合わせ治具による手法が広く用いられてきた。これは、インク流路及び加圧室を設けた流路形成部材と、ノズル孔を形成したノズル形成部材の各々に形成した基準穴により、位置合わせを行い接着した後に、振動子ユニットを固定する治具及び治具に設けられたピンによって基準穴との位置合わせを行って接合するものである。
【0007】
また、【特許文献2】に記載されているように、接合ユニットの接合面に凹凸の段差パターンを形成し、それらの凹凸を合わせることにより、位置合わせをして接合する方法も提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のピンと基準穴、あるいは凹凸を合わせて接合したヘッドにあっては、高密度化のために微細な構造が形成された基板をアライメントする場合、ピンや凸部の接触によって破壊したり傷をつけたりすることがあるという課題があった。
【0009】
しかも、インクジェット記録装置における高密度高画質化が要求されているため、上述したような積層構造のインクジェットヘッドにおいては各ヘッド構成部材の接合精度を更に高める必要がある。
【0010】
ところが、上述した従来の接合方法によると、位置精度は十数μmから数十μmが限界であり、例えばノズルピッチ150dpiのヘッドの場合、位置精度は10〜15μm程度許容されるために対応することができたが、ノズルピッチ200〜300dpiのヘッドを構成する場合には、数μm〜5μm程度の接合精度が必要とされるため対応することができないという課題がある。
【0011】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高密度ヘッドにおける接合精度を向上することを目的とする。
【0014】
【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、
位置決めするための貫通穴からなるアライメント用窓が形成されたシリコンからなる流路形成部材を有し、前記流路形成部材とノズル板及び振動板の少なくともいずれかが接着剤で接合して形成される液滴吐出ヘッドにおいて、
前記アライメント用窓を形成する貫通穴は、平面形状で貫通部が平行四辺形であり、接合面側開口が鋭角な角を有しない六角形で、該六角形の相対向する1組の辺が、徐々に小さくなって、最終的になくなることにより前記平行四辺形になっている
構成とした。
【0015】
ここで、アライメント用窓を、流路形成部材の圧力室長手方向中心線に付近に少なくとも2個以上有する構成とできる。また、アライメント用窓を形成する貫通穴は、貫通部の壁部分が全て<111>面で形成されている構成とできる。
【0016】
また、流路形成部材は面方位(110)のシリコン基板から形成され、<112>方向あるいは<111>方向に長い平行四辺形又は六角形を含むパターンの組み合わせによってヘッドに関する情報が表されている構成とできる。
【0018】
本発明に係るインクカートリッジは、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したものである。
【0019】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジを搭載しているものである。
【0020】
【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。本発明の液滴吐出ヘッドの実施形態に係るインクジェットヘッドについて図1ないし図3を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図3は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【0021】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成部材である流路板1と、この流路板1の下面に接合した振動板2と、流路板1の上面に接合したノズル板3とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル4がノズル連通路(連通管)5を介して連通するインク流路である圧力発生室(圧力発生室)6、圧力発生室6にインクを供給するための液供給室である共通液室8にインク供給口9を介して連通する圧力発生室6に比して小さな断面をもつ液体供給路であるインク供給路7を形成している。
【0022】
そして、振動板2の外面側(液室と反対面側)に各圧力発生室6に対応して圧力発生室6内のインクを加圧するための駆動手段(アクチュエータ手段)である電気機械変換素子としての積層型圧電素子12を接合し、この圧電素子12をベース基板13に接合している。ベース基板13はチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板を用いている。
【0023】
また、圧電素子12の間には圧力発生室6、6間の隔壁部6aに対応して支柱部14を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、1つ毎に圧電素子12と支柱部14して形成している。支柱部14も構成は圧電素子12と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【0024】
さらに、振動板12の外周部はフレーム部材16にギャップ材を含む接着剤17にて接合している。このフレーム部材16には、共通液室8となる凹部、この共通液室8に外部からインクを供給するためのインク供給穴18(図5参照)を形成している。このフレーム部材16は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【0025】
ここで、流路板1は、、例えば結晶面方位(110)の単結晶シリコン基板を後述するようにドライエッチングによる深堀と水酸化カリウム水溶液(KOH)、TMAH液などのエッチング液を用いた異方性エッチングとを併用することで、ノズル連通路5、圧力発生室6、インク供給路7となる凹部や穴部を形成したものである。
【0026】
そして、流路板1のインクに接する面(液流路の壁面)となる圧力発生室6、インク供給路7の各壁面には酸化膜、窒化チタン膜或いはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜10を成膜している。このような耐液性薄膜10を形成することで、シリコン基板からなる流路板10がインクに対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくく、安定した滴吐出が可能になる。
【0027】
また、この流路板1には、ノズル板接合面に接着剤逃がし用のダミー液室11形成している。
【0028】
振動板2は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法(電鋳法)で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。
【0029】
この振動板2は圧力発生室6に対応する部分に変形を容易にするための厚みが2〜10μmの薄肉部(ダイアフラム部)21及び圧電素子12と接合するための厚肉部(島状凸部)22を形成するとともに、支柱部14に対応する部分及びフレーム部材16との接合部にも厚肉部23を形成し、平坦面側を流路板1に接着剤接合し、島状凸部22を圧電素子12に接着剤接合し、更に厚肉部23を支柱部14及びフレーム部材16に接着剤17で接合している。なお、ここでは、振動板2を2層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部21の厚みは3μm、幅は35μm(片側)としている。
【0030】
ノズル板3は各圧力発生室6に対応して直径10〜35μmのノズル4を形成し、流路板1に接着剤接合している。このノズル板3としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるNiメッキ膜等で形成している。また、ノズル4の内部形状(内側形状)は、ホーン形状(略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。)に形成し、このノズル4の穴径はインク滴出口側の直径で約20〜35μmとしている。さらに、各列のノズルピッチは300dpiとし、2列配置により600dpiとしている。
【0031】
また、ノズル板3のノズル面(吐出方向の表面:吐出面)には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、PTFE−Ni共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂(例えばフッ化ピッチなど)を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【0032】
圧電素子12は、厚さ10〜50μm/1層のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電層31と、厚さ数μm/1層の銀・パラジューム(AgPd)からなる内部電極層32とを交互に積層したものであり、内部電極32を交互に端面の端面電極(外部電極)である個別電極33、共通電極34に電気的に接続したものである。この圧電常数がd33である圧電素子12の伸縮により圧力発生室6を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子12に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子12に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【0033】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極33となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子12で導通した共通電極34となる。
【0034】
そして、圧電素子12の個別電極33には駆動信号を与えるために半田接合又はACF(異方導電性膜)接合若しくはワイヤボンディングでFPCケーブル35を接続し、このFPCケーブル35には各圧電素子12に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路(ドライバIC)を接続している。また、共通電極34は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでFPCケーブル35のグラウンド(GND)電極に接続している。
【0035】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子12に駆動波形(10〜50Vのパルス電圧)を印加することによって、圧電素子12に積層方向の変位が生起し、振動板2を介して圧力発生室6内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル4からインク滴が吐出される。
【0036】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、圧力発生室6内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって圧力発生室6内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室8に流入し、共通液室8からインク供給口9を経てインク供給路7を通り、圧力発生室6内に充填される。
【0037】
なお、インク供給路(流体抵抗部)7は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による最充填(リフィル)に対して抵抗になる。このインク供給路7の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くできる。
【0038】
そこで、このインクジェットヘッドにおける流路板1、振動板2、ノズル板3の接合位置合わせのための構造について図4ないし図6をも参照して説明する。なお、図4は流路板のアライメントマークの振動板接合面側から見た拡大斜視説明図、図5は流路板のアライメントマークのノズル板接合面側から見た拡大斜視説明図、図6は流路板のアライメント用窓の拡大斜視説明図である。
【0039】
まず、面方位(110)のシリコン基板からなる流路板1には、振動板接合面側に振動板2との接合時の位置決めを行うためのアライメントマーク32、32を対角線上の角部にそれぞれ形成し(図4参照)、ノズル板3との接合面にノズル板3との接合時の位置決めを行うためのアライメントマーク33、33を対角線上の角部にそれぞれ形成している(図1、図5参照)。これらのアライメントマーク32、33は、ウェットによる異方性エッチングより形成した凹状あるいはV字溝状のパターンである。
【0040】
また、流路板1には、振動板2に圧電素子12とベース基板13とを予め接合したアクチュエータユニットとの接合時の位置決め用の貫通穴からなるアライメント用窓34、34を長手方向中心線上にそれぞれ形成している。このアライメント用窓34は、ドライエッチングとウェットによる異方性エッチングにより形成した貫通穴のパターンである。
【0041】
振動板2には流路板接合面でチップ周囲に流路板1との位置決めのためのアライメント用開口穴37を流路板1のアライメントマーク32に対向して形成している。また、ノズル板3には流路板接合面でチップ周囲に流路板1との位置決めのためのアライメント用開口穴38を流路板1のアライメントマーク33に対向して形成している。さらに、振動板2にはアクチュエータユニットとの接合時に位置決めに用いる貫通穴39を流路板1のアライメント用窓34に対応して形成している。
【0042】
そこで、アライメントマーク32、33に関して説明する。
流路板1とノズル板3あるいは振動板2とを接合する際の位置決め用アライメントマーク33、32はチップの周囲に配置しており、X、Y方向のアライメント精度を高めるため、チップの対角方向位置に少なくとも2個以上配置している。このように、ひとつの流路板内に複数個以上、好ましくは2個のアライメントマークを設けることによって、XY方向の接合精度が高められ、流路板1と振動板2、あるいは流路板1とノズル板3の高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質のばらつきが低減する。
【0043】
これらのアライメントマーク33、32のサイズは100μm×160μmの大きさとし、シリコン表面の形状は<111>方向及び<112>方向からなる平行四辺形あるいは六角形で形成している。
【0044】
結晶方位(110)のシリコンウェハを用いることによって、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜によるエッチングマスクのパターンを形成した後、ウェットによる異方性エッチングによりエッチングすると、エッチング面は全て結晶方位<111>の面で構成され、パターンの開口寸法を制御することで、V字溝の形状が得られる。
【0045】
これはエッチングマスクの寸法とエッチング深さに依存した形状であるが、上記の通りマスク寸法が100μ×160μmでは、エッチング深さが50μm程度で、結晶方位<111>で構成されたV字溝形状が得られる。他方面についても、振動板2とのアライメントマーク32あるいは、前記ダミー液室11に関しても、同様にV字溝形状が形成される。
【0046】
シリコンに異方性エッチングを行う場合、異方性エッチングで得られるパターンは結晶軸に沿った方向のものに限られ、結晶方位(110)のシリコンウェハでは<111>方向及び<112>方向の直線で形成される形状に限られる。したがって、<111>方向及び<112>方向からなる平行四辺形あるいは六角形を用いることにより、形状が崩れることなくパターンを形成することができ、アライメントを正確に行うことができる。また、V字溝によってエッチングが自発的に停止するので、深い掘り込みが形成されて、チップの強度を下げたりするような不具合も防ぐことができる。
【0047】
このように、アライメントマークの形状を六角形あるいは平行四辺形で形成し、このアライメントマークのパターン面がすべて結晶方位<111>面で形成されるようにすることによって、比較的容易に且つ寸法、形状が安定したアライメントマークが得られ、流路板1と振動板2、あるいは流路板1とノズル板3の高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質のばらつきが低減する。
【0048】
アライメントマークの長手寸法を50〜200μmの範囲内とすることで、圧力発生室6を形成するためのエッチングによって、確実にV字溝を形成することができる。そのため、アライメントマークには面荒れの大きな(110)面のエッチング面は存在しなく、(111)面で構成されるので、アライメントのための画像処理時に表面荒れの大きな部分での乱反射によるエラーなども発生せず、高精度の位置合わせを行うことができる。
【0049】
これらによって形成されたアライメントマーク33、32及びアライメント用開口部38、37によって、ノズル板3と流路板1、あるいは流路板1と振動板2の位置合わせを光学顕微鏡を介した画像認識によって行って接合する。その際、画像の誤認識等の不具合を排除するため、アライメントマーク33、32の周囲100μ〜500μmの範囲内には、他のシリコンのエッチングパターンあるいはシリコン段差を配置しないようにしている。これにより、画像認識の精度が高められ、誤認識がなく、安定した接合が実現できる。
【0050】
次に、アライメント用窓34の形成に関して説明する。
アライメント用窓34は振動板2と流路板1を接合したユニットとアクチュエタユニットとを接合する際に、アクチュエータユニットに設けられたアライメントマークに対して、振動板2と流路板1を接合したユニットを位置決めするための貫通穴である。
【0051】
このアライメント用窓34は、圧力発生室6、ノズル連通路5及びダミー液室11が配列する方向に対して複数個配置する。チップの機械的強度の低下を招かないよう、液室パターンの左右に各1個を、出来る限りチップの中心寄りに配置することが好ましい。このように、ひとつの流路板内に複数個以上、好ましくは2個のアライメント用窓34を設けることによって、XY方向の接合精度が高められ、流路板1と振動板2を接合したユニットとアクチュエータユニットとの高精度な接合が可能となる。また、流路板の長手方向中心線付近にアライメント用窓34を配置することによって、流路板の機械強度を損なわず、吐出特性に優れ、また品質のばらつきを低減できる。
【0052】
このアライメント用窓34の寸法は400μm×900μm程度とし、六角形のエッチングマスクパターンを用い、ドライエッチング及びウェットによる異方性エッチングによって貫通穴を形成する。ここで、図6に示すように、形成される貫通穴のうちの貫通部34aの内部断面形状は平行四辺形である。また、シリコン最表面、すなわちアライメント用窓34の開口面34bについては六角形のパターンで形成される。さらに、アライメント用窓34はすべて<111>面によって形成される。
【0053】
このように、アライメン用窓34の表面形状を六角形で形成することによって、流路板1と振動板2あるいはノズル板3との接合時に毛細管現象によって接着剤がアライメン用窓34を介して接着面(例えば振動板接合面)とは逆側の面(例えばノズル板接合面)に接着剤が流れ込むことを防ぐことができる。接着剤が接着面とは逆側の面に流れ込むと逆側の面へ接着剤を塗布する場合に塗布不良を起こしてしまい、接合不良を生じる原因となるが、上記のような形状にすることでこのような不具合を生じさせることなく接着剤塗布および接合を行うことが可能となり、接合信頼性が向上する。
【0054】
また、アライメント用窓を構成する貫通穴は、すべて結晶方位<111>面によって形成されることで、比較的容易に且つ寸法、形状が安定した貫通穴が形成でき、アクチュエータユニットとの高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質にばらつきが低減する。
【0055】
さらに、アライメント用窓34は300μm以上1200μm以下の大きさとすることで、高精度で安定した接合が可能になり、吐出特性に優れ、また品質にばらつきが低減する。
【0056】
インクジェットヘッドを構成するには、上述したように流路板1、振動板2、ノズル板3及びアクチュエータユニットを接合することによって形成される。一般によく知られるインクジェットヘッドのノズル配列として、ノズル4に連通した各液室(圧力発生室)は列方向(短辺方向)に20μm〜30μmの隔壁を介して配列される。隣接した圧力発生室間のクロストークの低減等の吐出特性を、改善あるいは安定させるために、高精度で各部材、ユニットを接合する必要がある。逆に、ビットの長辺方向に関しては、短辺方向のそれと比べると、位置精度に余裕がある。
【0057】
そこで、上記アライメントマークを形成した各部材、ユニットの接合の一例を説明する。
まず、流路板1と振動板2とを接着により接合する。この際、振動板チップに設けられたアライメント用開口穴37を介して、流路板1に形成されたアライメントマーク32により位置決めし接合する。その後、流路板1に形成したアライメント用窓34を介して、振動板2のアライメント開口穴39とアクチュエータユニットに形成したアライメントマーク40(図1参照)によって位置決めし、流路板1と振動板2の接合ユニットと、アクチュエータユニットを接合させる。この場合チップの長辺方向の精度は余裕があるので、付き合わせ治具等によって位置決めを行う。
【0058】
なお、アクチュエータユニットのアライメントマークは圧電素子12又は支柱部14に設ける、あるいは圧電素子12又は支柱部14自体にアライメントすることも可能である。圧電素子に設けたアライメントマークあるいは圧電素子自体にアライメントする場合、振動板2のアライメントマーク39との奥行き方向の距離が小さいので、アライメント用顕微鏡の焦点ずれが小さく、より精度良くアライメントが可能である。
【0059】
次に、アクチュエータユニットを接合した流路板1に対して、ノズル板3を接合する。ノズル板3の位置決めは、振動板2の接合時と同様に、ノズル板3に形成したアライメント用開口穴38を介して、流路板1に形成されたアライメントマーク33により位置決めし接合する。これにより本発明のインクジェットヘッドが構成される。
【0060】
このように、流路板に振動板接合面及び/またはノズル板接合面に位置合わせのためのアライメントマークを設けることによって、流路板と振動板の微細接合が可能となって接合位置精度が数μm〜5μm以内の高精度な接合を行うことができて、また、流路板とノズル板の微細接合が可能となって接合位置精度が数μm〜5μm以内の高精度な接合を行うことができて、吐出特性に優れた高密度ヘッドを実現することができる。
【0061】
また、アクチュエータユニットとの接合位置決め用のアライメント用窓を流路板に設けることによって、例えば流路板と振動板を接合したユニットをアクチュエータユニットと接合する際の接合精度が高められる。アクチュエータユニットと流路板と振動板の接合したユニットとの接合に際しては、ビットの長辺方向は比較的接合精度に余裕があるが、短辺方向は数μm〜5μm以内の接合精度が要求されるが、上記アライメント方法によれば、数μm〜5μm以内の接合精度が実現でき、吐出特性に優れ、また品質にばらつきがないヘッドが得られる。
【0062】
次に、流路板にヘッドに関する情報であるチップ識別のための符号を形成した実施形態について図7を参照して説明する。
流路板1はシリコンウェハを用いたウェハプロセスによって形成する。ウェハプロセスによって構造体が形成された後、ダイシング法によって個々の流路板チップに分離されるが、チップ分離後に個々の流路板チップを識別、管理するためにチップ領域に符号を設けるようにしている。
【0063】
すなわち、図7に示すように、チップ領域に符号を表すパターン41を形成している。このパターン42は、<112>方向或いは<111>方向に長いあるいは短い平行四辺形や六角形の組み合わせで構成している。
【0064】
この符号パターン41の形成方法は、前述のアライメントマーク32、33の形成方法と同様に、平行四辺形あるいは六角形のエッチングマスクパターンを形成した後、ウェットによる異方性エッチングにより形成する。
【0065】
この場合、<112>方向あるいは<111>方向に長い平行四辺形あるいは六角形で形成されるので、ウェットによる異方性エッチングによって、パターンはV字溝状にエッチングされる。しかも、構成される面が、全て結晶方位<111>面によって形成され、形状が崩れたりしない。また、符号パターン41は、長い平行四辺形や六角形を含むパターンで構成されるので、ドットで数字を表す場合よりの符号の領域を小さくすることができる。
【0066】
このように、流路板チップに符号(ヘッドに関する情報を表す)パターンを設けることによって、チップに分離した後の流路板チップの管理が可能となり、その後のヘッド組立て工程の中で、流路板の製造工程の履歴も照合できることから、品質の安定化を図れ、また、符号パターンを形成する面として、結晶方位<111>面を用いることによって、比較的容易に且つ寸法、形状が安定したパターンを形成できる。
【0067】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る実施形態の製造工程について図8ないし図12を参照して説明する。
先ず、図8(a)、(b)に示すように、結晶方位(110)で400μm厚のシリコンウェハ61に、厚さ1.5μmのシリコン酸化膜62、厚さ0.1μmのシリコン窒化膜63及び厚さ0.35μmのポリシリコン膜64を順次形成する。ここで、シリコン酸化膜63は熱酸化法により、またシリコン窒化膜63及びポリシリコン膜64は減圧CVD法によって形成している。
【0068】
次に、同図(c)に示すように、写真製版によってシリコンウエハ61の片方のウエハ面に対してノズル連通路5及びダミー液室11、アライメントマーク33、アライメント用窓34等のウェット異方性エッチングによりパターン形成される部分にレジストパターン65を形成し、その後、シリコン窒化膜63及びポリシリコン膜64をドライエッチングによってエッチングする。そして、レジストパターン65を剥離し、同図(d)に示すように、シリコン窒化膜63とポリシリコン膜64に段差パターン(所要の開口66)を形成する。
【0069】
次いで、図9(a)に示すように、写真製版によってノズル連通路5、アライメント用窓34等の貫通穴を形成する部分のレジストパターン67を形成する。そして、同図(b)に示すように、露出しているシリコン酸化膜62をドライエッチングによりエッチングして、同図(c)に示すように、シリコン酸化膜62の段差パターン(所要の開口68)を形成する。
【0070】
次に、図10(a)〜(d)に示すように、シリコンウエハ61の他方のウェハ面に対して、前述と同様の工程にて、レジストパターン69を用いて、圧力発生室6あるいはインク流路、アライメントマーク32が形成される部分のシリコン窒化膜63とポリシリコン膜64に段差パターン(所要の開口70)を形成し、及びレジストパターン71を用いて、ノズル連通路5、アライメント用窓34らの貫通穴を形成する部分のシリコン酸化膜62の段差パターン(所要の開口72)を形成する。
【0071】
その後、図11(a)に示すように、ノズル連通路5及びアライメント用窓34が形成される部分が開口したレジストパターン73を形成して、ドライエッチングによりエッチングを行って掘り込み74を形成する。この場合エッチング深さは280μm〜320μm程度としている。その後、同図(b)に示すようにレジストパターン73を剥離する。
【0072】
次に、同図(c)に示すように、水酸化カリウム水溶液によるシリコンの異方性エッチングを行う。これにより、ノズル連通路5及びアライメント用窓34を形成する部分に貫通穴75が形成されるとともに、最表面のポリシリコン膜64は除去され、下層のシリコン窒化膜63でエッチストップされる。また、シリコン酸化膜62が露出している部分では、下層シリコン面にエッチングが到達しない程度にシリコン酸化膜62が膜べり部76が生じる。
【0073】
そこで、同図(d)に示すように、希フッ酸によって前述の膜ベリ部76のシリコン酸化膜を取除きいて開口77を形成し、シリコンウエハ61表面を露出させる。
【0074】
次に、図12(a)に示すように、再度、水酸化カリウム水溶液によるシリコンの異方性エッチングを行う。これにより、露出している部分のシリコンがエッチングされる。
【0075】
この場合に露出パターンの寸法とエッチング深さを制御することによって、結晶方位<110>面が全体に後退する領域と結晶方位<111>面で構成されるV字溝形状を形成することができる。前者によっては、圧力発生室6あるいはインク流路が形成され、後者によってはダミー液室11、アライメントマーク32、34(或いは符号パターン41)が形成される。なお、同図では圧力発生室6及びノズル連通路5、ダミー液室11で図示している。
【0076】
その後、同図(b)に示すように、エッチングマスク層となったシリコン窒化膜63及びシリコン酸化膜62をリン酸あるいは希フッ酸によって除去し、次に、同図(c)に示すように、それらを熱酸化することによって、最表面にシリコン酸化膜10を形成する。
【0077】
上記のような製造フローによって、流路板が形成される。その後、ダイシング工法によってシリコンウェハ状態からチップに分離し、個々の流路板1(流路板チップ)を取り出す。
【0078】
その後、前述したように流路板1に形成されたアライメントマーク32、33あるいはアライメント用窓34を利用して、振動板チップあるいはアクチュエータユニットとの接合、およびノズル板チップと接合し、インクジェットヘッドを完成する。
【0079】
このように、ドライエッチングと異方性ウェットエッチングを併用することでアライメントマーク、アライメント用窓、符号パターンを形成することで、寸法制御性、再現性に優れ、生産性に優れたヘッドを得ることができる。すなわち、ドライエッチングのみによって形成する場合には、エッチング形状のばらつき、再現性等のエッチング特性が貫通孔形状に顕著に影響するが、異方性ウェットエッチングを併用することによって、<111>面で貫通孔が形成されることになり、寸法制御、再現性にすぐれた貫通穴の形成が可能となる。また、ドライエッチングだけでは、長時間のエッチング時間を要するが、ウェットエッチングを併用することで、生産性を向上することができる。
【0080】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化したインクカートリッジについて図13を参照して説明する。
このインクカートリッジ(インクタンク一体型ヘッド)200は、ノズル孔201等を有する本発明に係るインクジェットヘッド202と、このインクジェットヘッド202に対してインクを供給するインクタンク203とを一体化したものである。
【0081】
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの信頼性はただちに全体の信頼性につながるので、高精度で位置合わせをできるヘッドを一体化することで、低コストで吐出特性に優れた信頼性の高いインクカートリッジが得られる。
【0082】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドからな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の一例について図14及び図15を参照して説明する。なお、図14は同記録装置の斜視説明図、図15は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【0083】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体211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212等を収納し、装置本体211の下方部には前方側から多数枚の用紙213を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)214を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙213を手差しで給紙するための手差しトレイ215を開倒することができ、給紙カセット214或いは手差しトレイ215から給送される用紙213を取り込み、印字機構部212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216に排紙する。
【0084】
印字機構部212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221と従ガイドロッド222とでキャリッジ223を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ223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224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223にはヘッド224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225を交換可能に装着している。なお、上述したインクタンク一体型ヘッドである本発明に係るインクカートリッジを搭載するようにすることもできる。
【0085】
インクカートリッジ225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。
【0086】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド224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。
【0087】
ここで、キャリッジ223は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド221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222に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ223を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ227で回転駆動される駆動プーリ228と従動プーリ229との間にタイミングベルト230を張装し、このタイミングベルト230をキャリッジ223に固定しており、主走査モーター227の正逆回転によりキャリッジ223が往復駆動される。
【0088】
一方、給紙カセット214にセットした用紙213をヘッド224の下方側に搬送するために、給紙カセット214から用紙213を分離給装する給紙ローラ231及びフリクションパッド232と、用紙213を案内するガイド部材233と、給紙された用紙213を反転させて搬送する搬送ローラ234と、この搬送ローラ234の周面に押し付けられる搬送コロ235及び搬送ローラ234からの用紙213の送り出し角度を規定する先端コロ236とを設けている。搬送ローラ234は副走査モータ237によってギヤ列を介して回転駆動される。
【0089】
そして、キャリッジ223の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ234から送り出された用紙213を記録ヘッド224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239を設けている。この印写受け部材239の用紙搬送方向下流側には、用紙213を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ241、拍車242を設け、さらに用紙213を排紙トレイ216に送り出す排紙ローラ243及び拍車244と、排紙経路を形成するガイド部材245,246とを配設している。
【0090】
記録時には、キャリッジ223を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド224を駆動することにより、停止している用紙213にインクを吐出して1行分を記録し、用紙213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213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213を排紙する。
【0091】
また、キャリッジ223の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド224の吐出不良を回復するための回復装置247を配置している。回復装置247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223は印字待機中にはこの回復装置247側に移動されてキャッピング手段でヘッド224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。
【0092】
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224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。
【0093】
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を実施した吐出特性に優れた信頼性の高いインクジェットヘッド(又はインクカートリッジ)を搭載しているので、高画質記録を行うことができる。
【0094】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することできる。
【0096】
【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、アライメント用窓を形成する貫通穴は、平面形状で貫通部が平行四辺形であり、接合面側開口が鋭角な角を有しない六角形で、該六角形の相対向する1組の辺が、徐々に小さくなって、最終的になくなることにより平行四辺形になっている構成としたので、位置決め精度が向上して、吐出特性に優れた信頼性の高い高密度ヘッドを実現することができる。
【0098】
本発明に係るインクカートリッジによれば、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、吐出特性に優れた信頼性の高い高密度ヘッドを有するインクカートリッジが得られる。
【0099】
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本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジを搭載しているので、高画質記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液滴吐出ヘッドの実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図2】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図3】同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断面説明図
【図4】同ヘッドの流路板の振動板接合面側のアライメントマークを説明するための要部拡大斜視説明図
【図5】同ヘッドの流路板のノズル接合面側のアライメントマークを説明するための要部拡大斜視説明図
【図6】同ヘッドの流路板のアライメント用窓を説明するための要部拡大斜視説明図
【図7】同ヘッドの流路板の符号パターンを説明するための要部拡大斜視説明図
【図8】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の実施形態を説明する流路形成部材の作製工程の断面説明図
【図9】図8に続く工程を説明する断面説明図
【図10】図9に続く工程を説明する断面説明図
【図11】図10に続く工程を説明する断面説明図
【図12】図11に続く工程を説明する断面説明図
【図13】本発明に係るインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図14】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図15】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
1…流路板、2…振動板、3…ノズル板、4…ノズル、5…ノズル連通路、6…圧力発生室、7…インク供給路、8…共通液室、10…耐液性薄膜、12…圧電素子、13…ベース基板、32、33…アライメントマーク、34…アライメント用窓、41…符号パターン、200…インクカートリッジ、214…記録ヘッド。
[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention is a droplet discharge head,IThe present invention relates to an ink cartridge and an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-6-8429
[Patent Document 2]
JP 2001-287371 A
[0003]
As an ink jet head constituting a recording head of an ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus (image forming apparatus) such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, a plotter, etc., as an actuator means for generating energy for pressurizing ink in an ink flow path, A piezoelectric element is used to deform the diaphragm that forms the wall surface of the ink flow path to change the volume of the ink flow path to discharge ink droplets, or a so-called piezo-type one that uses a heating resistor A so-called thermal type in which ink droplets are ejected by pressure generated by heating ink inside and generating bubbles, and a diaphragm and an electrode that form the wall surface of the ink flow path are arranged to face each other. The diaphragm is deformed by the electrostatic force generated between them, thereby changing the volume of the ink flow path and ejecting ink droplets. Such as an electrostatic type are known for.
[0004]
Among these various heads, a nozzle forming member (nozzle plate) having a nozzle opening and a vibration plate are bonded to both surfaces of a spacer (flow path forming member, flow path plate) to generate a pressure generating chamber (liquid Ink jet heads that form a chamber and deform the diaphragm with a piezoelectric element do not use thermal energy as a drive source for flying ink droplets, so there is no deterioration of the ink due to heat, and it is particularly susceptible to deterioration by heat. There is an advantage in discharging color ink. Moreover, since it is possible to freely adjust the ink amount of the ink droplet by adjusting the displacement amount of the piezoelectric vibrator, it is an optimum head for constituting an ink jet recording apparatus for high-quality color printing. .
[0005]
Thus, when manufacturing a head in which the nozzle plate, the flow path plate as the flow path forming member, and the vibration plate are laminated and bonded, the vibration plate and the flow path plate are bonded or the bonding unit and the actuator unit are bonded. Alternatively, highly accurate alignment is required for joining the flow path plate and the nozzle plate.
[0006]
Conventionally, a method using an alignment jig has been widely used, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-260, in order to align each component member in a head having such a laminated structure. This is achieved by aligning and bonding the vibrator unit with a flow path forming member provided with an ink flow path and a pressure chamber and a reference hole formed in each of the nozzle forming members formed with nozzle holes, and then fixing the vibrator unit. The jig and the pins provided on the jig are aligned and joined with the reference hole.
[0007]
In addition, as described in [Patent Document 2], a method is also proposed in which an uneven step pattern is formed on the bonding surface of the bonding unit and the unevenness is aligned to align and bond. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional pin and reference hole, or in a head joined with unevenness, when aligning a substrate on which a fine structure is formed in order to increase the density, it breaks due to the contact of the pin or the convex part. There was a problem that it may be damaged.
[0009]
In addition, since high density and high image quality is required in the ink jet recording apparatus, it is necessary to further improve the bonding accuracy of the head constituent members in the ink jet head having the laminated structure as described above.
[0010]
However, according to the conventional joining method described above, the positional accuracy is limited to a few tens of μm to several tens of μm. For example, in the case of a head with a nozzle pitch of 150 dpi, the positional accuracy is allowed to be about 10 to 15 μm. However, when a head with a nozzle pitch of 200 to 300 dpi is configured, there is a problem that it cannot be handled because a joining accuracy of about several μm to 5 μm is required.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the bonding accuracy in a high-density head.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, a liquid droplet ejection head according to the present invention includes:
  A flow path forming member made of silicon in which an alignment window including a through hole for positioning is formed;And at least one of the nozzle plate and diaphragmIn a droplet discharge head formed by bonding with an adhesive,
  The through hole that forms the alignment window is a hexagon that has a planar shape and a penetrating portion that is a parallelogram, and the joint surface side opening does not have an acute angle.The pair of opposite sides of the hexagon gradually become smaller and eventually disappear to form the parallelogram.
The configuration.
[0015]
  hereAIt can be set as the structure which has at least 2 or more windows for lements near the pressure chamber longitudinal direction centerline of a flow-path formation member. Further, the through hole forming the alignment window can be configured such that the wall portion of the through portion is entirely formed with the <111> plane.
[0016]
  Also,The flow path forming member is formed of a silicon substrate having a surface orientation (110), and information on the head is represented by a combination of patterns including a parallelogram or a hexagon that is long in the <112> direction or the <111> direction.Can be configured.
[0018]
The ink cartridge according to the present invention is obtained by integrating a droplet discharge head according to the present invention that discharges ink droplets and an ink tank that supplies ink to the head.
[0019]
The ink jet recording apparatus according to the present invention is equipped with the liquid droplet ejection head according to the present invention for ejecting ink droplets or the ink cartridge according to the present invention.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An ink jet head according to an embodiment of a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded perspective view of the head, FIG. 2 is a cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the head along the lateral direction of the liquid chamber.
[0021]
The inkjet head includes a flow path plate 1 which is a flow path forming member formed of a single crystal silicon substrate, a vibration plate 2 bonded to the lower surface of the flow path plate 1, and a nozzle plate bonded to the upper surface of the flow path plate 1. 3, a pressure generating chamber (pressure generating chamber) 6 that is an ink flow path through which a nozzle 4 that ejects ink droplets that are droplets communicates via a nozzle communication path (communication tube) 5, pressure generation An ink supply path 7 which is a liquid supply path having a smaller cross section than the pressure generating chamber 6 communicating with the common liquid chamber 8 which is a liquid supply chamber for supplying ink to the chamber 6 via the ink supply port 9. Forming.
[0022]
An electromechanical conversion element which is a driving means (actuator means) for pressurizing the ink in the pressure generation chamber 6 corresponding to each pressure generation chamber 6 on the outer surface side (surface opposite to the liquid chamber) of the diaphragm 2. The laminated piezoelectric element 12 is bonded, and the piezoelectric element 12 is bonded to the base substrate 13. The base substrate 13 is an insulating substrate such as barium titanate, alumina, forsterite.
[0023]
Also, between the piezoelectric elements 12, support columns 14 are provided corresponding to the partition walls 6 a between the pressure generating chambers 6 and 6. Here, the piezoelectric element member is divided into comb teeth by slitting by half-cut dicing, and each piezoelectric element 12 is formed as a piezoelectric element 12 and a support post portion 14. The structure of the support 14 is the same as that of the piezoelectric element 12, but it is a simple support since no drive voltage is applied.
[0024]
Further, the outer peripheral portion of the diaphragm 12 is joined to the frame member 16 with an adhesive 17 including a gap material. The frame member 16 is formed with a concave portion serving as the common liquid chamber 8 and an ink supply hole 18 (see FIG. 5) for supplying ink to the common liquid chamber 8 from the outside. The frame member 16 is formed by injection molding with, for example, epoxy resin or polyphenylene sulfite.
[0025]
Here, the flow path plate 1 is made of, for example, a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation (110) that is deeply etched by dry etching and a different solution using an etching solution such as a potassium hydroxide aqueous solution (KOH) or a TMAH solution. By using in combination with isotropic etching, the nozzle communication path 5, the pressure generation chamber 6 and the ink supply path 7 are formed with recesses and holes.
[0026]
Then, the pressure generating chamber 6 that becomes a surface in contact with the ink of the flow path plate 1 (wall surface of the liquid flow path) and the wall surfaces of the ink supply path 7 are made of an organic resin film such as an oxide film, a titanium nitride film, or polyimide. A liquid thin film 10 is formed. By forming such a liquid-resistant thin film 10, the flow path plate 10 made of a silicon substrate is less likely to elute with respect to ink, and the wettability is also improved, so that bubbles are less likely to stay and stable droplet ejection is achieved. It becomes possible.
[0027]
In addition, a dummy liquid chamber 11 for releasing the adhesive is formed on the nozzle plate joint surface in the flow path plate 1.
[0028]
The diaphragm 2 is formed from a nickel metal plate, and is manufactured by, for example, an electroforming method (electroforming method). Other metal plates, resin plates, or a joining member between a metal and a resin plate are used. It can also be used.
[0029]
The diaphragm 2 has a thin portion (diaphragm portion) 21 having a thickness of 2 to 10 μm for facilitating deformation at a portion corresponding to the pressure generating chamber 6 and a thick portion (island convex portion) for joining to the piezoelectric element 12. Part) 22 and a thick part 23 is also formed at the part corresponding to the column part 14 and the joint part with the frame member 16, and the flat surface side is adhesively joined to the flow path plate 1. The portion 22 is bonded to the piezoelectric element 12 with an adhesive, and the thick portion 23 is further bonded to the support column 14 and the frame member 16 with an adhesive 17. Here, the diaphragm 2 is formed by nickel electroforming having a two-layer structure. In this case, the diaphragm portion 21 has a thickness of 3 μm and a width of 35 μm (one side).
[0030]
The nozzle plate 3 forms a nozzle 4 having a diameter of 10 to 35 μm corresponding to each pressure generating chamber 6 and is bonded to the flow path plate 1 with an adhesive. The nozzle plate 3 may be made of a metal such as stainless steel or nickel, a combination of metal and resin such as a polyimide resin film, silicon, or a combination thereof. Here, it forms with the Ni plating film | membrane etc. by the electroforming method. Further, the inner shape (inner shape) of the nozzle 4 is formed in a horn shape (may be a substantially cylindrical shape or a substantially frustum shape), and the hole diameter of the nozzle 4 is a diameter on the ink droplet outlet side of about 20 to. 35 μm. Further, the nozzle pitch of each row is 300 dpi, and 600 dpi is obtained by arranging two rows.
[0031]
Further, a water repellent treatment layer having a water repellent surface treatment (not shown) is provided on the nozzle surface (surface in the ejection direction: ejection surface) of the nozzle plate 3. Examples of the water-repellent treatment layer include PTFE-Ni eutectoid plating, fluororesin electrodeposition coating, vapor-deposited fluororesin (e.g., fluorinated pitch), silicon resin / fluorine resin A water-repellent treatment film selected according to the ink physical properties such as baking after solvent application is provided to stabilize the ink droplet shape and flying characteristics so that high-quality image quality can be obtained.
[0032]
The piezoelectric element 12 includes a lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric layer 31 having a thickness of 10 to 50 μm / layer, and an internal electrode layer 32 made of silver and palladium (AgPd) having a thickness of several μm / layer. The internal electrodes 32 are alternately stacked, and are electrically connected to the individual electrodes 33 and the common electrode 34 which are the end face electrodes (external electrodes) of the end faces alternately. The pressure generating chamber 6 is contracted and expanded by expansion and contraction of the piezoelectric element 12 whose piezoelectric constant is d33. The piezoelectric element 12 expands when a drive signal is applied and is charged, and contracts in the opposite direction when the charge charged in the piezoelectric element 12 is discharged.
[0033]
Note that the end face electrode on one end face of the piezoelectric element member is divided by dicing by half-cut to form the individual electrode 33, and the end face electrode on the other end face is not divided by the restriction by notching or the like and is divided by all the piezoelectric elements 12. The conductive common electrode 34 becomes conductive.
[0034]
An FPC cable 35 is connected to the individual electrode 33 of the piezoelectric element 12 by solder bonding, ACF (anisotropic conductive film) bonding or wire bonding in order to give a drive signal, and each piezoelectric element 12 is connected to the FPC cable 35. A drive circuit (driver IC) for selectively applying a drive waveform is connected. Further, the common electrode 34 is connected to the ground (GND) electrode of the FPC cable 35 by providing an electrode layer at the end of the piezoelectric element and turning it around.
[0035]
In the ink jet head configured as described above, for example, by applying a drive waveform (pulse voltage of 10 to 50 V) to the piezoelectric element 12 according to a recording signal, displacement in the stacking direction occurs in the piezoelectric element 12 and vibration occurs. Ink in the pressure generating chamber 6 is pressurized through the plate 2 to increase the pressure, and ink droplets are ejected from the nozzle 4.
[0036]
Thereafter, the ink pressure in the pressure generating chamber 6 decreases with the end of ink droplet ejection, and a negative pressure is generated in the pressure generating chamber 6 due to the inertia of the ink flow and the discharge process of the drive pulse, and the ink filling process is started. Transition. At this time, ink supplied from an ink tank (not shown) flows into the common liquid chamber 8 and is filled from the common liquid chamber 8 through the ink supply port 9 through the ink supply path 7 into the pressure generating chamber 6.
[0037]
The ink supply path (fluid resistance portion) 7 has an effect on attenuation of residual pressure vibration after ejection, but is resistant to refilling due to surface tension. By appropriately selecting the fluid resistance value of the ink supply path 7, it is possible to balance the attenuation of the residual pressure and the refill time, and to shorten the time (drive cycle) until shifting to the next ink droplet ejection operation.
[0038]
Accordingly, a structure for aligning the joining position of the flow path plate 1, the vibration plate 2, and the nozzle plate 3 in this ink jet head will be described with reference to FIGS. 4 is an enlarged perspective explanatory view as seen from the vibration plate joint surface side of the alignment mark of the flow path plate, FIG. 5 is an enlarged perspective explanatory view as seen from the nozzle plate joint surface side of the alignment mark of the flow path plate, FIG. FIG. 5 is an enlarged perspective view of an alignment window of a flow path plate.
[0039]
First, in the flow path plate 1 made of a silicon substrate having a plane orientation (110), alignment marks 32 and 32 for positioning at the time of bonding to the vibration plate 2 on the vibration plate bonding surface side are formed at diagonal corners. Each is formed (see FIG. 4), and alignment marks 33, 33 for positioning at the time of joining with the nozzle plate 3 are formed on the joint surface with the nozzle plate 3 at the corners on the diagonal line (FIG. 1). FIG. 5). These alignment marks 32 and 33 are concave or V-groove patterns formed by wet anisotropic etching.
[0040]
In addition, the flow path plate 1 has alignment windows 34 and 34 formed on the longitudinal center line formed of through holes for positioning when the piezoelectric element 12 and the base substrate 13 are bonded in advance to the diaphragm 2. Each is formed. The alignment window 34 is a through hole pattern formed by dry etching and anisotropic etching by wet.
[0041]
In the diaphragm 2, an alignment opening hole 37 for positioning with the flow path plate 1 is formed around the chip on the flow path plate joint surface so as to face the alignment mark 32 of the flow path plate 1. In addition, the nozzle plate 3 is formed with an alignment opening hole 38 for positioning with the flow path plate 1 around the chip at the flow path plate joint surface so as to face the alignment mark 33 of the flow path plate 1. Further, a through hole 39 used for positioning at the time of joining with the actuator unit is formed in the diaphragm 2 corresponding to the alignment window 34 of the flow path plate 1.
[0042]
Therefore, the alignment marks 32 and 33 will be described.
The alignment marks 33 and 32 for positioning when the flow path plate 1 and the nozzle plate 3 or the vibration plate 2 are joined are arranged around the chip. In order to improve the alignment accuracy in the X and Y directions, the diagonal of the chip is arranged. At least two or more are arranged in the direction position. Thus, by providing a plurality of, preferably two, alignment marks in one flow path plate, the joining accuracy in the XY directions is improved, and the flow path plate 1 and the vibration plate 2 or the flow path plate 1 are increased. And the nozzle plate 3 can be joined with high accuracy, excellent discharge characteristics, and reduced quality variation.
[0043]
The size of the alignment marks 33 and 32 is 100 μm × 160 μm, and the shape of the silicon surface is a parallelogram or hexagon formed of <111> and <112> directions.
[0044]
When a silicon wafer having a crystal orientation (110) is used to form an etching mask pattern using a silicon oxide film or a silicon nitride film, and then etched by wet anisotropic etching, all the etched surfaces have a crystal orientation <111>. The shape of the V-shaped groove is obtained by controlling the opening size of the pattern.
[0045]
This shape depends on the size and depth of the etching mask, but as described above, when the mask size is 100 μ × 160 μm, the etching depth is about 50 μm and the V-shaped groove formed by the crystal orientation <111> Is obtained. A V-shaped groove shape is similarly formed on the other side of the alignment mark 32 with the diaphragm 2 or the dummy liquid chamber 11.
[0046]
When performing anisotropic etching on silicon, the pattern obtained by anisotropic etching is limited to those in the direction along the crystal axis, and in the silicon wafer having the crystal orientation (110), the <111> direction and <112> direction The shape is limited to a straight line. Therefore, by using a parallelogram or hexagon formed of the <111> direction and the <112> direction, a pattern can be formed without breaking the shape, and alignment can be performed accurately. Further, since the etching is spontaneously stopped by the V-shaped groove, it is possible to prevent a problem that a deep digging is formed and the strength of the chip is lowered.
[0047]
As described above, the alignment mark is formed in a hexagonal shape or a parallelogram, and all the pattern surfaces of the alignment mark are formed in the crystal orientation <111> plane, so that it is relatively easy and dimensional. An alignment mark having a stable shape can be obtained, and the flow path plate 1 and the vibration plate 2 or the flow path plate 1 and the nozzle plate 3 can be joined with high accuracy, so that the discharge characteristics are excellent and the variation in quality is reduced.
[0048]
By setting the longitudinal dimension of the alignment mark within the range of 50 to 200 μm, the V-shaped groove can be surely formed by etching for forming the pressure generating chamber 6. For this reason, the alignment mark has no (110) etched surface with a large surface roughness, and is composed of the (111) surface. Therefore, an error caused by irregular reflection at a portion with a large surface roughness during image processing for alignment, etc. In addition, high-precision alignment can be performed.
[0049]
With the alignment marks 33 and 32 and the alignment openings 38 and 37 formed by these, the nozzle plate 3 and the flow channel plate 1 or the flow channel plate 1 and the vibration plate 2 are aligned by image recognition through an optical microscope. Go and join. At this time, in order to eliminate problems such as erroneous recognition of images, other silicon etching patterns or silicon steps are not arranged in the range of 100 μm to 500 μm around the alignment marks 33 and 32. As a result, the accuracy of image recognition is improved, and there is no erroneous recognition, and stable joining can be realized.
[0050]
Next, the formation of the alignment window 34 will be described.
The alignment window 34 joins the diaphragm 2 and the flow path plate 1 to the alignment mark provided on the actuator unit when the actuator unit and the unit that joined the diaphragm 2 and the flow path plate 1 are joined. This is a through hole for positioning the unit.
[0051]
A plurality of alignment windows 34 are arranged in the direction in which the pressure generating chamber 6, the nozzle communication path 5, and the dummy liquid chamber 11 are arranged. It is preferable to arrange one on each of the left and right sides of the liquid chamber pattern as close to the center of the chip as possible so as not to reduce the mechanical strength of the chip. As described above, by providing a plurality of, preferably two, alignment windows 34 in one flow path plate, the joining accuracy in the XY directions is improved, and the unit in which the flow path plate 1 and the diaphragm 2 are joined. And the actuator unit can be joined with high accuracy. Further, by arranging the alignment window 34 near the longitudinal center line of the flow path plate, the mechanical strength of the flow path plate is not impaired, the discharge characteristics are excellent, and the quality variation can be reduced.
[0052]
The dimension of this alignment window 34 is about 400 μm × 900 μm, and a through hole is formed by dry etching and anisotropic etching by wet using a hexagonal etching mask pattern. Here, as shown in FIG. 6, the internal cross-sectional shape of the through portion 34 a in the formed through hole is a parallelogram. The silicon outermost surface, that is, the opening surface 34b of the alignment window 34 is formed in a hexagonal pattern. Further, the alignment windows 34 are all formed by the <111> plane.
[0053]
Thus, by forming the surface shape of the alignment window 34 in a hexagonal shape, the adhesive is bonded via the alignment window 34 by capillary action when the flow path plate 1 and the vibration plate 2 or the nozzle plate 3 are joined. It is possible to prevent the adhesive from flowing into the surface (for example, the nozzle plate bonding surface) opposite to the surface (for example, the vibration plate bonding surface). If the adhesive flows into the surface opposite to the adhesive surface, it will cause application failure when the adhesive is applied to the opposite surface, which will cause poor bonding, but it should be shaped as described above. Therefore, it is possible to perform adhesive application and joining without causing such a problem, and the joining reliability is improved.
[0054]
In addition, all the through-holes that make up the alignment window are formed by the crystal orientation <111> plane, so that through-holes with relatively stable dimensions and shapes can be formed with high accuracy with the actuator unit. Bonding becomes possible, excellent discharge characteristics, and variations in quality are reduced.
[0055]
Furthermore, by setting the alignment window 34 to a size of 300 μm or more and 1200 μm or less, highly accurate and stable bonding is possible, excellent discharge characteristics, and variation in quality are reduced.
[0056]
The ink jet head is formed by joining the flow path plate 1, the vibration plate 2, the nozzle plate 3, and the actuator unit as described above. As a generally well-known nozzle arrangement of an ink jet head, each liquid chamber (pressure generating chamber) communicating with the nozzle 4 is arranged in the column direction (short side direction) via a partition wall of 20 μm to 30 μm. In order to improve or stabilize discharge characteristics such as reduction in crosstalk between adjacent pressure generation chambers, it is necessary to join the members and units with high accuracy. On the contrary, there is a margin in positional accuracy in the long side direction of the bit compared with that in the short side direction.
[0057]
Therefore, an example of joining each member and unit on which the alignment mark is formed will be described.
First, the flow path plate 1 and the diaphragm 2 are joined by adhesion. At this time, the alignment mark 32 formed on the flow path plate 1 is positioned and joined through the alignment opening hole 37 provided in the diaphragm chip. Thereafter, positioning is performed by the alignment opening hole 39 of the vibration plate 2 and the alignment mark 40 (see FIG. 1) formed in the actuator unit through the alignment window 34 formed in the flow channel plate 1. 2 joining units and an actuator unit are joined. In this case, since there is a margin in accuracy in the long side direction of the chip, positioning is performed using an attachment jig or the like.
[0058]
Note that the alignment mark of the actuator unit can be provided on the piezoelectric element 12 or the column 14 or can be aligned with the piezoelectric element 12 or the column 14 itself. In the case of alignment with the alignment mark provided on the piezoelectric element or the piezoelectric element itself, the distance in the depth direction from the alignment mark 39 of the diaphragm 2 is small, so that the defocus of the alignment microscope is small and alignment can be performed with higher accuracy. .
[0059]
Next, the nozzle plate 3 is joined to the flow path plate 1 to which the actuator unit is joined. The nozzle plate 3 is positioned and joined by the alignment mark 33 formed on the flow path plate 1 through the alignment opening hole 38 formed in the nozzle plate 3 in the same manner as when the diaphragm 2 is joined. Thereby, the ink jet head of the present invention is constituted.
[0060]
Thus, by providing alignment marks for alignment on the diaphragm joint surface and / or nozzle plate joint surface on the flow path plate, the flow path plate and the diaphragm can be finely joined, and the joining position accuracy is improved. High precision bonding within several μm to 5 μm can be performed, and the flow path plate and nozzle plate can be finely bonded, and the bonding position accuracy can be performed within several μm to 5 μm. And a high-density head with excellent discharge characteristics can be realized.
[0061]
Further, by providing the flow path plate with an alignment window for positioning the joint with the actuator unit, for example, the joining accuracy when joining the unit in which the flow path plate and the vibration plate are joined to the actuator unit can be improved. When joining the actuator unit, the flow path plate, and the unit in which the diaphragm is joined, there is a relatively large margin of joining accuracy in the long side direction of the bit, but joining accuracy within a few μm to 5 μm is required in the short side direction. However, according to the above alignment method, a bonding accuracy within several μm to 5 μm can be realized, a head having excellent ejection characteristics and no variation in quality can be obtained.
[0062]
Next, an embodiment in which a code for chip identification, which is information about the head, is formed on the flow path plate will be described with reference to FIG.
The flow path plate 1 is formed by a wafer process using a silicon wafer. After the structure is formed by the wafer process, it is separated into individual flow path plate chips by the dicing method, but a code is provided in the chip area to identify and manage the individual flow path plate chips after the chip separation. ing.
[0063]
That is, as shown in FIG. 7, a pattern 41 representing a code is formed in the chip area. The pattern 42 is configured by a combination of parallelograms and hexagons that are long or short in the <112> direction or the <111> direction.
[0064]
The formation method of the code pattern 41 is formed by anisotropic etching by wet after forming a parallelogram or hexagonal etching mask pattern in the same manner as the formation method of the alignment marks 32 and 33 described above.
[0065]
In this case, since it is formed in a parallelogram or hexagon that is long in the <112> direction or the <111> direction, the pattern is etched into a V-shaped groove shape by anisotropic etching by wet. In addition, the planes to be constructed are all formed by the crystal orientation <111> plane, and the shape does not collapse. In addition, since the code pattern 41 is configured by a pattern including a long parallelogram or hexagon, the code area can be made smaller than when a number is represented by dots.
[0066]
Thus, by providing a code (representing information about the head) pattern on the flow path plate chip, it becomes possible to manage the flow path plate chip after separation into chips, and in the subsequent head assembly process, Since the history of the manufacturing process of the plate can also be collated, quality can be stabilized, and the crystal orientation <111> plane is used as the plane on which the code pattern is formed, and the dimensions and shape are relatively stable. A pattern can be formed.
[0067]
Next, a manufacturing process according to an embodiment of the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIGS. 8A and 8B, a silicon wafer 61 having a crystal orientation (110) of 400 μm thickness, a silicon oxide film 62 having a thickness of 1.5 μm, and a silicon nitride film having a thickness of 0.1 μm. 63 and a polysilicon film 64 having a thickness of 0.35 μm are sequentially formed. Here, the silicon oxide film 63 is formed by a thermal oxidation method, and the silicon nitride film 63 and the polysilicon film 64 are formed by a low pressure CVD method.
[0068]
Next, as shown in FIG. 4C, wet anisotropic processes such as the nozzle communication path 5, the dummy liquid chamber 11, the alignment mark 33, the alignment window 34, etc. with respect to one wafer surface of the silicon wafer 61 by photolithography. A resist pattern 65 is formed on the portion to be patterned by reactive etching, and then the silicon nitride film 63 and the polysilicon film 64 are etched by dry etching. Then, the resist pattern 65 is peeled off, and a step pattern (required opening 66) is formed in the silicon nitride film 63 and the polysilicon film 64 as shown in FIG.
[0069]
Next, as shown in FIG. 9A, a resist pattern 67 of a portion where through holes such as the nozzle communication path 5 and the alignment window 34 are formed is formed by photolithography. Then, as shown in FIG. 6B, the exposed silicon oxide film 62 is etched by dry etching, and as shown in FIG. 6C, the step pattern of the silicon oxide film 62 (required opening 68). ).
[0070]
Next, as shown in FIGS. 10A to 10D, the pressure generating chamber 6 or ink is applied to the other wafer surface of the silicon wafer 61 using the resist pattern 69 in the same process as described above. A step pattern (required opening 70) is formed in the silicon nitride film 63 and the polysilicon film 64 where the flow path and the alignment mark 32 are formed, and the nozzle communication path 5 and the alignment window are formed using the resist pattern 71. A step pattern (required opening 72) of the silicon oxide film 62 is formed in the part where the through-holes 34 are formed.
[0071]
After that, as shown in FIG. 11A, a resist pattern 73 having an opening in the portion where the nozzle communication path 5 and the alignment window 34 are formed is formed, and etching is performed by dry etching to form a dig 74. . In this case, the etching depth is about 280 μm to 320 μm. Thereafter, the resist pattern 73 is removed as shown in FIG.
[0072]
Next, as shown in FIG. 3C, anisotropic etching of silicon with a potassium hydroxide aqueous solution is performed. As a result, a through hole 75 is formed in a portion where the nozzle communication path 5 and the alignment window 34 are formed, and the outermost polysilicon film 64 is removed and the etching is stopped by the lower silicon nitride film 63. Further, in the portion where the silicon oxide film 62 is exposed, the silicon oxide film 62 has the film-slipping portion 76 to the extent that the etching does not reach the lower silicon surface.
[0073]
Therefore, as shown in FIG. 4D, the silicon oxide film of the above-mentioned film verify portion 76 is removed by dilute hydrofluoric acid to form an opening 77 to expose the surface of the silicon wafer 61.
[0074]
Next, as shown in FIG. 12A, anisotropic etching of silicon with a potassium hydroxide aqueous solution is performed again. As a result, the exposed silicon is etched.
[0075]
In this case, by controlling the dimension of the exposed pattern and the etching depth, it is possible to form a V-shaped groove shape constituted by a region where the crystal orientation <110> plane recedes entirely and the crystal orientation <111> plane. . Depending on the former, the pressure generating chamber 6 or the ink flow path is formed, and depending on the latter, the dummy liquid chamber 11 and the alignment marks 32 and 34 (or the code pattern 41) are formed. In the figure, the pressure generation chamber 6, the nozzle communication path 5, and the dummy liquid chamber 11 are illustrated.
[0076]
Thereafter, as shown in FIG. 6B, the silicon nitride film 63 and the silicon oxide film 62 that have become etching mask layers are removed by phosphoric acid or dilute hydrofluoric acid, and then, as shown in FIG. The silicon oxide film 10 is formed on the outermost surface by thermally oxidizing them.
[0077]
The flow path plate is formed by the manufacturing flow as described above. Thereafter, the silicon wafer state is separated into chips by a dicing method, and individual flow path plates 1 (flow path plate chips) are taken out.
[0078]
Thereafter, using the alignment marks 32 and 33 or the alignment window 34 formed on the flow path plate 1 as described above, the vibration plate chip or the actuator unit is bonded, and the nozzle plate chip is bonded. Complete.
[0079]
In this way, by using dry etching and anisotropic wet etching together to form an alignment mark, alignment window, and code pattern, a head with excellent dimensional control and reproducibility and excellent productivity can be obtained. Can do. That is, in the case of forming only by dry etching, etching characteristics such as variation in etching shape and reproducibility remarkably affect the shape of the through hole. However, by using anisotropic wet etching together, the <111> plane Through holes are formed, and it is possible to form through holes with excellent dimensional control and reproducibility. Further, only dry etching requires a long etching time, but productivity can be improved by using wet etching together.
[0080]
Next, an ink cartridge in which an ink jet head and an ink tank according to the present invention are integrated will be described with reference to FIG.
This ink cartridge (ink tank integrated head) 200 is obtained by integrating an ink jet head 202 according to the present invention having nozzle holes 201 and the like, and an ink tank 203 for supplying ink to the ink jet head 202. .
[0081]
In this way, in the case of an ink tank integrated head, the reliability of the head immediately leads to the overall reliability, so by integrating the head that can be aligned with high accuracy, the reliability that is excellent in ejection characteristics at low cost A highly efficient ink cartridge can be obtained.
[0082]
Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head composed of a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a perspective explanatory view of the recording apparatus, and FIG. 15 is a side explanatory view of a mechanism portion of the recording apparatus.
[0083]
This ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 211, a recording head comprising the ink jet head according to the present invention mounted on the carriage, an ink cartridge for supplying ink to the recording head, and the like. A paper feed cassette (or a paper feed tray) 214 on which a large number of sheets 213 can be stacked from the front side is detachably attached to the lower part of the apparatus main body 211. In addition, the manual feed tray 215 for manually feeding the paper 213 can be opened, the paper 213 fed from the paper feed cassette 214 or the manual feed tray 215 is taken in, and required by the printing mechanism unit 212. After the image is recorded, it is discharged to a discharge tray 216 mounted on the rear side.
[0084]
The printing mechanism 212 holds the carriage 223 slidably in the main scanning direction with a main guide rod 221 and a sub guide rod 222 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk), each of which has a plurality of ink discharge ports, is a head 224 composed of an inkjet head that is a droplet discharge head according to the present invention. They are arranged in a direction crossing the scanning direction and mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. Also, each ink cartridge 225 for supplying ink of each color to the head 224 is replaceably mounted on the carriage 223. Note that the ink cartridge according to the present invention, which is the above-described ink tank integrated head, may be mounted.
[0085]
The ink cartridge 225 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside, and the capillary force of the porous body. Thus, the ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure.
[0086]
Further, although the heads 224 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.
[0087]
Here, the carriage 223 is slidably fitted to the main guide rod 221 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the secondary guide rod 222 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). is doing. In order to move and scan the carriage 223 in the main scanning direction, a timing belt 230 is stretched between a driving pulley 228 and a driven pulley 229 that are rotationally driven by a main scanning motor 227, and the timing belt 230 is attached to the carriage 223. The carriage 223 is reciprocally driven by forward and reverse rotation of the main scanning motor 227.
[0088]
On the other hand, in order to convey the sheet 213 set in the sheet feeding cassette 214 to the lower side of the head 224, the sheet feeding roller 231 and the friction pad 232 for separating and feeding the sheet 213 from the sheet feeding cassette 214 and the sheet 213 are guided. A guide member 233, a conveyance roller 234 that inverts and conveys the fed paper 213, a conveyance roller 235 that is pressed against the circumferential surface of the conveyance roller 234, and a leading end that defines a feeding angle of the sheet 213 from the conveyance roller 234 A roller 236 is provided. The transport roller 234 is rotationally driven by a sub-scanning motor 237 via a gear train.
[0089]
A printing receiving member 239 is provided as a paper guide member for guiding the paper 213 fed from the transport roller 234 below the recording head 224 corresponding to the range of movement of the carriage 223 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 239 in the sheet conveyance direction, a conveyance roller 241 and a spur 242 that are rotationally driven to send the sheet 213 in the sheet discharge direction are provided, and the sheet 213 is further discharged to the sheet discharge tray 216. A roller 243 and a spur 244, and guide members 245 and 246 that form a paper discharge path are disposed.
[0090]
At the time of recording, the recording head 224 is driven according to the image signal while moving the carriage 223, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 213 to record one line, and after the sheet 213 is conveyed by a predetermined amount, Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the sheet 213 reaches the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 213 is discharged.
[0091]
A recovery device 247 for recovering defective ejection of the head 224 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 223. The recovery device 247 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 223 is moved to the recovery device 247 side during printing standby and the head 224 is capped by the capping means, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.
[0092]
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 224 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out together with ink from the discharge port with a suction unit through the tube. Is removed by the cleaning means to recover the ejection failure. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
[0093]
As described above, since this inkjet recording apparatus is equipped with a highly reliable inkjet head (or ink cartridge) having excellent ejection characteristics according to the present invention, high-quality recording can be performed.
[0094]
In the above embodiment, the liquid droplet ejection head according to the present invention is applied to an ink jet head. However, a liquid droplet other than ink, for example, a liquid droplet ejection head for ejecting a liquid resist for patterning, a gene analysis sample The present invention can also be applied to a droplet discharge head for discharging.
[0096]
【The invention's effect】
  As described above, according to the droplet discharge head according to the present invention,AThe through-hole forming the window for the lining is a hexagon that has a planar shape and a penetrating portion that is a parallelogram, and the opening on the joint surface side does not have an acute angle.A pair of opposite sides of the hexagon gradually becomes smaller and eventually disappears to form a parallelogram.Since the configuration is adopted, the positioning accuracy is improved, and a highly reliable high-density head excellent in ejection characteristics can be realized.
[0098]
According to the ink cartridge of the present invention, since the liquid droplet ejection head according to the present invention for ejecting ink droplets and the ink tank for supplying ink to this head are integrated, a highly reliable and high density with excellent ejection characteristics An ink cartridge having a head is obtained.
[0099]
According to the ink jet recording apparatus of the present invention, since the liquid droplet ejection head for ejecting ink droplets or the ink cartridge of the present invention is mounted, high quality recording can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to an embodiment of a droplet discharge head of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber.
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a main part along the liquid chamber short direction of the head
FIG. 4 is an enlarged perspective explanatory view of a main part for explaining an alignment mark on the diaphragm joint surface side of the flow path plate of the head.
FIG. 5 is an enlarged perspective explanatory view of a main part for explaining an alignment mark on the nozzle joint surface side of the flow path plate of the head.
FIG. 6 is an enlarged perspective explanatory view of a main part for explaining an alignment window of a flow path plate of the head.
FIG. 7 is an enlarged perspective explanatory view of a main part for explaining a code pattern of a flow path plate of the head.
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of a flow path forming member manufacturing process illustrating an embodiment of a method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view illustrating a process following FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a process following FIG.
11 is an explanatory cross-sectional view illustrating a process following FIG.
12 is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a process following FIG.
FIG. 13 is an explanatory perspective view for explaining the ink cartridge according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory perspective view showing an example of an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge head according to the present invention.
FIG. 15 is an explanatory side view of a mechanism unit of the recording apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Channel plate, 2 ... Vibration plate, 3 ... Nozzle plate, 4 ... Nozzle, 5 ... Nozzle communication path, 6 ... Pressure generation chamber, 7 ... Ink supply path, 8 ... Common liquid chamber, 10 ... Liquid-resistant thin film , 12 ... piezoelectric element, 13 ... base substrate, 32, 33 ... alignment mark, 34 ... alignment window, 41 ... code pattern, 200 ... ink cartridge, 214 ... recording head.

Claims (6)

位置決めするための貫通穴からなるアライメント用窓が形成されたシリコンからなる流路形成部材を有し、前記流路形成部材とノズル板及び振動板の少なくともいずれかが接着剤で接合して形成される液滴吐出ヘッドにおいて、
前記アライメント用窓を形成する貫通穴は、平面形状で貫通部が平行四辺形であり、接合面側開口が鋭角な角を有しない六角形で、該六角形の相対向する1組の辺が、徐々に小さくなって、最終的になくなることにより前記平行四辺形になっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
It has a flow path forming member made of silicon in which an alignment window consisting of a through hole for positioning is formed, and is formed by joining at least one of the flow path forming member , the nozzle plate and the vibration plate with an adhesive. In the droplet discharge head
Through holes forming the alignment window is a through portion is a parallelogram in plan shape, the bonding surface side opening hexagons having no sharp corners, a pair of sides facing each of said hexagon The droplet discharge head is characterized in that the parallelogram is formed by gradually becoming smaller and finally disappearing .
請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材は振動板とノズル板で挟まれて接着剤で積層接合されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。  2. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the flow path forming member is sandwiched between a vibration plate and a nozzle plate and laminated and bonded with an adhesive. 請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記アライメント用窓を形成する貫通穴は、貫通部の壁部分が全て<111>面で形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 3. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the through-hole forming the alignment window has a wall portion of the through-portion all formed in a <111> plane. . 請求項1ないしのいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材は面方位(110)のシリコン基板から形成され、<112>方向あるいは<111>方向に長い平行四辺形又は六角形を含むパターンの組み合わせによってヘッドに関する情報が表されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 3, wherein the flow path forming member is formed of a silicon substrate of plane orientation (110), <112> direction or <111> direction in a long parallelogram or A droplet discharge head, wherein information about the head is represented by a combination of patterns including a hexagon. インク滴を吐出するインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドが請求項1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インクカートリッジ。5. An ink cartridge in which an ink jet head for ejecting ink droplets and an ink tank for supplying ink to the ink jet head are integrated, wherein the ink jet head is the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 4. Ink cartridge. インク滴を吐出して画像を記録するインクジェット記録装置において、インク滴を吐出する請求項1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インクカートリッジを搭載していることを特徴とするインクジェット記録装置。6. An ink jet recording apparatus for recording an image by ejecting ink droplets, wherein the droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 4 or the ink cartridge according to claim 5 is mounted. An ink jet recording apparatus.
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