JP6164516B2 - Droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge head that discharges droplets, a droplet discharge device, and an image forming apparatus.
一般に、プリンタ、ファックス、複写機、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えばインクの液滴(以下、インク滴という)を吐出する液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置では、媒体を搬送しながら液滴吐出ヘッドによりインク滴を用紙に付着させて画像形成を行う。ここでの媒体は「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。また、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液滴を吐出して画像形成を行う装置を意味する。そして、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する(単に液滴を吐出する)ことをも意味する。また、インクとは、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばDNA試料、レジスト、パターン材料なども含まれる液体の総称として用いる。 In general, a printer, a fax machine, a copier, a plotter, or an image forming apparatus that combines a plurality of these functions includes, for example, a droplet ejection head that ejects ink droplets (hereinafter referred to as ink droplets). There is an ink jet recording apparatus. In an ink jet recording apparatus, an image is formed by adhering ink droplets to a sheet by a droplet discharge head while conveying a medium. The medium here is also referred to as “paper”, but the material is not limited, and a recording medium, a recording medium, a transfer material, a recording paper, and the like are also used synonymously. The image forming apparatus means an apparatus for forming an image by ejecting liquid droplets on a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, or ceramic. The image formation is not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to the medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the medium (simply ejecting a droplet). Also means. The ink is not limited to so-called ink, and is not particularly limited as long as it becomes liquid when ejected. For example, the ink is a generic term for liquids including DNA samples, resists, pattern materials, and the like. Use.
液滴吐出ヘッドは、複数のノズルからなるノズル列と、各ノズルにそれぞれ連通する複数の個別液室と、各個別液室に圧力変動を発生させる圧力発生手段と、各個別液室にインクを供給する共通液室等を有している。インクジェット記録装置では、インクタンクからインクを、インク供給孔を経由して共通液室に供給し、共通液室から各個別液室に供給し、圧力発生手段により個別液室に圧力変動を発生させることにより、ノズルからインク滴として吐出する。 The droplet discharge head includes a nozzle row composed of a plurality of nozzles, a plurality of individual liquid chambers communicating with each nozzle, pressure generating means for generating pressure fluctuations in each individual liquid chamber, and ink in each individual liquid chamber. It has a common liquid chamber to be supplied. In an ink jet recording apparatus, ink is supplied from an ink tank to a common liquid chamber via an ink supply hole, and is supplied to each individual liquid chamber from the common liquid chamber, and pressure fluctuation is generated in the individual liquid chamber by a pressure generating unit. As a result, ink droplets are ejected from the nozzles.
個別液室に圧力変動を発生する方式としては、複数のものが実用化・製品化されている。例えば、個別液室内にヒータを設置して液体を気化させた圧力変動を利用するサーマルインクジェット方式が挙げられる。また、個別液室にアクチュエータを設置するアクチェータ方式も挙げられる。アクチュエータ方式は、アクチュエータの種類により圧電素子方式、静電方式などが挙げられる。 Several methods for generating pressure fluctuations in individual liquid chambers have been put into practical use and commercialized. For example, there is a thermal ink jet method that uses a pressure variation in which a liquid is vaporized by installing a heater in an individual liquid chamber. In addition, an actuator system in which an actuator is installed in the individual liquid chamber can also be mentioned. Examples of the actuator method include a piezoelectric element method and an electrostatic method depending on the type of actuator.
いずれの方式においても、圧力発生手段を駆動してノズルからインク滴を吐出する際に駆動される圧力発生手段から熱が放出され、この熱により液滴吐出ヘッドのヘッド温度が上昇し、ヘッド内に温度ムラが発生する。ヘッド温度が上昇した箇所では、インク温度が上昇してインク粘度が低下し、インクが飛び出しやすくなり吐出するインクの量が増加する。このため、印字ムラが発生しまう。 In either method, heat is released from the pressure generating means that is driven when the pressure generating means is driven to eject ink droplets from the nozzles, and this heat increases the head temperature of the droplet discharge head, Temperature unevenness occurs. Where the head temperature rises, the ink temperature rises, the ink viscosity decreases, the ink tends to jump out, and the amount of ink ejected increases. For this reason, uneven printing occurs.
特許文献1には、個別液室の配列方向に沿って熱移動手段としてのヒートパイプを設けることにより、液滴吐出ヘッド内の温度ムラを抑制する液滴吐出ヘッドが記載されている。
近年、液滴吐出ヘッドに対して、小型化や低コスト化の要求が一段と増している。この要求に対応するために駆動ICを液滴吐出ヘッドに内蔵させる試みがなされている。その具体的な試みとして、特許文献2に記載された液滴吐出ヘッドが知られている。この液滴吐出ヘッドでは、個別液室と個別液室を駆動する圧電素子とが形成されている個別液室基板上に駆動ICと、駆動ICに電気的に接続される接続パッドを設けている。この接続パッドには、フレキシブルプリント基板(以下、FPCと略す)、ボンディングワイヤ等の外部配線が電気的に接続されている。駆動ICには、インクジェット記録装置本体側からの駆動制御信号が外部配線及び接続パッドを介して入力される。駆動ICは駆動制御信号に基づいた駆動信号を圧力発生手段である圧電素子に供給し、圧電素子の変位によって個別液室の内圧が変化することでノズルからインク滴を吐出する。
In recent years, demands for smaller size and lower cost are increasing for the droplet discharge head. In order to meet this requirement, an attempt has been made to incorporate a drive IC in a droplet discharge head. As a specific attempt, a droplet discharge head described in
特許文献2の液滴吐出ヘッドでは、接続パッドを介して駆動ICに駆動制御信号が供給されると、接続パッドの電気抵抗による熱が発生し、接続パッドが設けられている個別液室基板を介して放熱する。
In the droplet discharge head of
駆動ICに駆動制御信号を入力する接続パッドは、個別液室配列方向である液滴吐出ヘッドの長手方向の一端側にまとめて設けることが、液滴吐出ヘッドの低コスト化のために好ましい。しかし、液滴吐出ヘッドの個別液室配列方向の一端側に設けられた接続パッドには、液滴吐出ヘッドの全ての個別液室を駆動する駆動制御信号が供給されるため、大きな電流が流れて発熱量は大きなものとなる。このため、液滴吐出ヘッドの接続パッドを設けた一端側近傍の温度上昇は大きくなる。この温度上昇に伴い、接続パッドを設けた一端側に近い個別液室においては吐出特性が大きく変化して、印字ムラが顕著になる。 The connection pads for inputting drive control signals to the drive IC are preferably provided collectively on one end side in the longitudinal direction of the droplet discharge head, which is the individual liquid chamber arrangement direction, in order to reduce the cost of the droplet discharge head. However, since a drive control signal for driving all the individual liquid chambers of the droplet discharge head is supplied to the connection pad provided on one end side of the droplet discharge head in the individual liquid chamber arrangement direction, a large current flows. Therefore, the calorific value becomes large. For this reason, the temperature rise near one end side where the connection pad of the droplet discharge head is provided becomes large. As the temperature rises, the ejection characteristics change greatly in the individual liquid chamber near the one end side where the connection pad is provided, and printing unevenness becomes noticeable.
上記特許文献1の個別液室の配列方向に沿ってヒートパイプを設けた構成では、個別液室の配列方向全体の温度分布を緩和することができるが、入力パッドを設けた一端部側のヘッド温度上昇に特化して抑制できるものではない。また、ヒートパイプを設けるため、液滴吐出ヘッドの大型化は避けられない。
In the configuration in which the heat pipe is provided along the arrangement direction of the individual liquid chambers in
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、液滴吐出ヘッドの小型化や低コスト化を図りつつ、駆動ICへの接続部の発熱による液滴吐出ヘッド内の温度ムラを抑制できる液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to reduce the size and cost of the droplet discharge head, and to reduce the temperature inside the droplet discharge head due to heat generation at the connection portion to the drive IC. To provide a droplet discharge head, a droplet discharge device, and an image forming apparatus that can suppress unevenness.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、複数のノズルに連通する複数の個別液室と各個別液室に圧力変動を発生する圧力発生手段とを形成した個別液室基板と、該個別液室の配列方向に沿って設けられ該個別液室に連通して液体を供給する共通液室と、液体タンクから該共通液室に液体を供給するための液体供給孔と、該圧力発生手段を駆動する駆動ICと、該駆動ICに外部からの駆動制御信号を入力するための接続部とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
上記接続部を上記個別液室基板上の上記個別液室の配列方向の一端側に設け、上記液体供給孔を上記共通液室の該接続部が配置された一端側の端部に液体を供給するよう配置したことを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of
The connection portion is provided on one end side in the arrangement direction of the individual liquid chambers on the individual liquid chamber substrate, and the liquid supply hole is supplied with liquid to the end portion on one end side where the connection portion of the common liquid chamber is disposed. It arrange | positions so that it may carry out.
本発明では、液体タンクから液体供給孔を介して、共通液室の駆動ICに外部からの駆動制御信号を入力する接続部が配置された一端側の端部に液体が供給される。接続部が配置された一端側に近い個別液室内には、共通液室から、液体タンクから供給されたばかりのヘッド温度で温められていない液体が供給されて、接続部の発熱により温度上昇した個別液室基板を冷却する。これと比較して、液体供給孔を、接続部が配置された一端側の端部から離れた、例えば、共通液室の中央部に液体を供給するよう配置する構成では、供給された液体が共通液室内を中央部から接続部が配置された一端側に移動していく途中で温められる。接続部が配置された一端側に近い個別液室内には、温められた液体が供給され、接続部の発熱により温度上昇した個別液室基板を冷却することは難しい。
本発明では、駆動ICに外部からの駆動制御信号を入力する接続部を、低コスト化のため個別液室基板上の個別液室の配列方向の一端側に配置しても、共通液室への液体供給孔を上記配置とすることで接続部の発熱による温度上昇部を冷却できる。このため、液滴吐出ヘッド内の温度ムラが抑制できる。また、本発明では、液体供給孔を上記配置とするだけであり、ヒートパイプのような熱移動手段を別途設ける必要が無いので、液滴吐出ヘッドの大型化を招くおそれはない。
In the present invention, the liquid is supplied from the liquid tank to the end portion on one end side where the connection portion for inputting the drive control signal from the outside to the drive IC of the common liquid chamber is arranged through the liquid supply hole. The individual liquid chamber close to one end where the connection portion is arranged is supplied with liquid not heated at the head temperature just supplied from the liquid tank from the common liquid chamber, and the individual liquid temperature rises due to heat generation at the connection portion. Cool the liquid chamber substrate. Compared to this, in the configuration in which the liquid supply hole is arranged so as to supply the liquid to the central portion of the common liquid chamber, for example, apart from the end portion on one end side where the connection portion is arranged, the supplied liquid is The common liquid chamber is warmed while moving from the central portion to one end where the connecting portion is disposed. A warmed liquid is supplied into the individual liquid chamber close to one end side where the connecting portion is disposed, and it is difficult to cool the individual liquid chamber substrate whose temperature has risen due to heat generated by the connecting portion.
In the present invention, even if the connection portion for inputting the drive control signal from the outside to the drive IC is disposed on one end side in the arrangement direction of the individual liquid chambers on the individual liquid chamber substrate for cost reduction, By arranging the liquid supply holes in the above-described arrangement, the temperature rising portion due to the heat generation of the connecting portion can be cooled. For this reason, the temperature nonuniformity in a droplet discharge head can be suppressed. Further, in the present invention, the liquid supply holes are merely arranged as described above, and there is no need to separately provide a heat transfer means such as a heat pipe, so there is no possibility of increasing the size of the droplet discharge head.
本発明によれば、液滴吐出ヘッドの小型化や低コスト化を図りつつ、駆動ICへの接続部の発熱による液滴吐出ヘッド内の温度ムラが抑制できるという優れた効果がある。 According to the present invention, there is an excellent effect that temperature unevenness in the droplet discharge head due to heat generation at the connection portion to the drive IC can be suppressed while reducing the size and cost of the droplet discharge head.
まず、本発明の実施形態の液滴吐出ヘッド50を図面に基づき説明する。
本実施形態の液滴吐出ヘッド50は、個別液室に圧力変動を発生する圧力発生手段として、圧電素子を用いたアクチュエータ方式を採用するものである。アクチュエータ方式は、幅広い物性のインクに対応可能である反面、従来、個別液室の配列の高密度化・ヘッドの小型化が困難とされてきた。しかし、近年、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いることにより、高密度化・小型化する方法が確立されてきている。すなわち、個別液室に薄膜形成技術を用いて振動板、電極層、圧電体層などを積層したユニモルフ型のアクチュエータ形成する。これを、フォトリソグラフィ等の半導体デバイス製造プロセスを用いて個別の圧電素子と電極・配線部材等にパターニングすることで高密度化・小型化を図っている。
First, a
The
図1は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド50の分解斜視図である。液滴吐出ヘッド50は、イエロー(y)、マゼンタ(m)、シアン(c)、黒(k)に対応する、多数のノズルを配列した4つのノズル列10y、10m、10c、10kと、各ノズル列に対応する4つの個別液室列3y、3m、3c、3kとを有している。また、各個別液室に圧力変動を発生する圧力発生手段として、圧電素子15y、15m、15c、15kを用いたアクチュエータを有している。図にしめすように、液滴吐出ヘッド50の長手方向がノズル列方向(個別液室配列方向)となる。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a
この液滴吐出ヘッド50は、ノズル板2と、個別液室基板101、保持基板102、共通液室基板103、フレーム部材104とが順に積層されている。個別液室基板101は、個別液室列3y、3m、3c、3kの隔壁部を形成する基板に、個別液室列3y、3m、3c、3kの一壁面を形成する振動板14と、圧電素子15y、15m、15c、15kとを一体的に形成したものである。個別液室基板101上には、各圧電素子15y、15m、15c、15kに駆動信号を出力する駆動IC105a,105b、圧電素子15y、15m、15c、15kと駆動IC105a,105bとの配線(不図示)、測温抵抗体(不図示)等が設けられている。さらに、個別液室基板101上の長手方向(個別液室配列方向)一端部には、駆動IC105a,105bに配線(不図示)により電気的に接続された接続パッド109が設けられている。この接続パッド109にはFPC110が電気的に接続され、ヘッド外部回路(不図示)から駆動制御信号が送られる。
In the
図2は、図1の液滴吐出ヘッド50の組立斜視図である。図3は、図2からフレーム部材104を取り除いた斜視図である。また、図4は、4つの個別液室列のうちの一つの個別液室列の幅方向断面図であり、図1のA−A´ラインの断面を示すものである。なお、各色における構成動作は同じであるので、以下の説明においては、各色を示す添え字y、m、c、kを省略して説明を行う。
図4に示すように、ノズル板2、個別液室基板101、保持基板102、共通液室基板103およびフレーム部材104によりインク流路を形成している。図示しないインクタンクから、フレーム部材104のインク供給孔としてのインクポート107を介して、共通液室基板103の共通液室4にインクを供給する。共通液室4から、保持基板102の開口部21、個別液室基板101のインク供給口22、流体抵抗部23を介して、個別液室3内にインクを供給する。個別液室3の一壁面を形成する振動板14上に形成された圧電素子15を駆動して振動板14を変位することで、個別液室3内を昇圧させて、ノズル1からインクを吐出する。
FIG. 2 is an assembled perspective view of the
As shown in FIG. 4, the ink flow path is formed by the
圧電素子15は、圧電体を下部電極と上部電極で挟んだ構成であり、上部電極、下部電極からそれぞれ引き出された配線部材に接続された駆動IC105により駆動される。
The
以下、本実施形態の液滴吐出ヘッド50の構成部材について詳細に説明する。
<ノズル板>
ノズル板2は、インク吐出用のノズル1が配列している基板であり、材料は必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例えば、SUS,ニッケル等の金属または合金、シリコン、セラミックス等の無機材料、ポリイミド等の樹脂材料などを挙げることができる。ノズル1の加工方法は、基板の材料の特性と要求される精度・加工性から任意のものを選ぶことができ、電鋳めっき法、エッチング法、プレス加工法、レーザー加工法等、フォトリソグラフィ法等が挙げられる。ノズル1の開口径、配列数,配列密度は、インクヘッドに要求される仕様に合わせて最適な組み合わせを設定することができる。
Hereinafter, the constituent members of the
<Nozzle plate>
The
<個別液室基板>
個別液室基板101には、個別液室3の隔壁部、流体抵抗部23、インク供給口22が形成される。個別液室基板101の材料は加工性・物性から任意のものを用いることができるが、例えば、300dpi(約85[μm]ピッチ)ではフォトリソグラフィ法を用いることができるシリコン基板を用いることが好ましい。個別液室3の加工は任意のものを用いることができるが、前述のフォトリソグラフィ法を用いる場合は、ウェットエッチング法、ドライエッチング法のいずれかを用いることができる。いずれの手法でも、振動板14の個別液室3側を二酸化シリコン膜等とすることで、エッチストップ層とできるため、個別液室3の高さを高精度に制御することができる。
<Individual liquid chamber substrate>
The individual
個別液室3はインクに圧力を加え、ノズル1から液滴を吐出させる機能を有する。個別液室基板101には、個別液室3の一壁面を形成する振動板14と、下部電極、圧電体、上部電極が積層された圧電素子15とが一体的に形成される。振動板14は任意のものを用いることができるが、シリコンや窒化物、酸化物、炭化物等の剛性の高い材料とすることが好ましい。また、これらの材料の積層構造としても良い。積層膜とする場合は、それぞれの材料の内部応力を考慮し、残留応力が少ない構成とすることが好ましい。例えば、Si3N4とSiO2の積層の場合は、引張り応力となるSi3N4と圧縮応力となるSiO2を交互に積層し、応力緩和する構成が例として挙げられる。
The individual
振動板14の厚さは、所望の特性に応じて選択できるが、概ね、0.5〜10[μm]の範囲が好ましく、さらに好ましくは1.0〜5.0[μm]の範囲である。振動板14が薄すぎる場合はクラック等により振動板14が破損しやすくなり、厚すぎる場合は変位量が小さくなり吐出効率が低下してしまう。また、薄すぎる場合は、振動板14の固有振動数が低下し、駆動周波数が高められない課題がある。
The thickness of the
圧電素子15を構成する、下部電極(不図示)、上部電極(不図示)は導電性のある任意の材料を用いることができる。例えば、金属,合金,導電性化合物が上げられる。これらの材料の単層膜でも積層膜でも良い。また、圧電体と反応したり、拡散したりしない材料を選定する必要があるため、安定性の高い材料を選定する必要がある。また、必要に応じて圧電体、振動板14との密着性を考慮し、密着層を形成しても良い。電極材料の例としては、Pt,Ir,Ir酸化物,Pd,Pd酸化物等が安定性の高い材料として挙げられる。また、振動板14との密着層としては、Ti,Ta,W,Cr等が例示できる。
The lower electrode (not shown) and the upper electrode (not shown) constituting the
圧電体を形成する構成する圧電体材料は圧電性を示す強誘電体材料を用いることができる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムが一般的に用いられる。圧電体の成膜方法は任意の手法を用いることができ、例としてはスパッタリング法,ゾルゲル法が挙げられ、成膜温度の低さからゾルゲル法が好ましい。上部電極、圧電体は個別液室3ごとにパターニングする必要がある。パターニングは通常のフォトリソグラフィ法を用いることができる。また、圧電体の成膜をゾルゲル法にて行う場合は、スピンコーティング法や印刷法を用いることもできる。
As the piezoelectric material constituting the piezoelectric body, a ferroelectric material exhibiting piezoelectricity can be used. For example, lead zirconate titanate and barium titanate are generally used. Arbitrary methods can be used as the method for forming the piezoelectric body, and examples thereof include a sputtering method and a sol-gel method, and the sol-gel method is preferable because the film forming temperature is low. The upper electrode and the piezoelectric body need to be patterned for each individual
圧電素子15は個別液室3の上部に形成される必要がある。個別液室3を区画する隔壁部上に形成した場合、振動板14の変形を阻害してしまうため、吐出効率の低下や応力集中による圧電素子の破損等の原因となる。
The
個別液室基板101には、個別液室3に連通する流体抵抗部23が形成される。流体抵抗部23は共通液室4から個別液室3にインクを供給する機能を有する。と同時に、圧電素子15を駆動することにより個別液室3に発生する圧力により、インクの逆流を防止しノズル1から吐出させる機能を有する。そのため、個別液室3のインク流動方向の断面積を小さくし、流体抵抗を高くする必要がある。個別液室基板101にシリコンを用い、個別液室3と流体抵抗部23をフォトリソグラフィ法によるエッチングを用いて形成した場合、個別液室3と同一の条件で加工できるメリットがある。流体抵抗部23の高さを個別液室3より低くすることで、流体抵抗を高めるためには、個別液室3のオーバーエッチング量を時間管理で制御する必要がある。このため、エッチングレートのばらつきにより、流体抵抗を均一にすることができない。その結果、吐出均一性が悪化する。
In the individual
流体抵抗部23はインク供給口22および保持基板102に形成される開口部21を通じて、共通液室基板103に形成される共通液室4に連通する。個別液室3は隔壁部(不図示)により区画されており、それぞれに対応する圧電素子15が形成される。個別液室3の高さはヘッド特性から任意に設定できるが、20〜100[μm]の範囲とすることが好ましい。また、個別液室3の隔壁部は配列密度に合わせて任意に設定することが可能であるが、隔壁部の幅は10〜30[μm]とすることが好ましい。また、隔壁部の幅が狭い場合は、隣接する個別液室3の圧電素子15を駆動した場合に、隣接する個別液室3間の相互干渉が発生し、吐出ばらつきが大きくなる。隔壁部の幅を狭くする場合は、液室高さを低くすることで対応する。
The
<配線>
図5は、個別液室基板101の上面図である。図5に基づき、個別液室基板101の配線を説明する。個別液室3の上部に配列した圧電素子15に駆動信号を入力するために、圧電素子15を構成する上部電極152から個別配線17bを引き出し、下部電極151から共通配線17aを引き出す。上部電極152からは、後述する配線層の一部である個別配線17bを介して個別配線パッド(不図示)まで引き出され、駆動IC105と接続される。さらに、駆動IC105から配線17cを介して長手方向の一端側に設けられた接続パッド109まで引き出される。下部電極151は、共通配線17aを介して接続パッド109まで引き出される。接続パッド109は、FPC110(図1参照)によりヘッド外部回路(不図示)に接続される。
図6は、個別液室基板101とFPC110との接続を示す断面図である。接続パッド109は、ワイヤーボンディングによるワイヤー111によりFPC110に接続され、FPC110を介してヘッド外部回路(不図示)に接続される。
<Wiring>
FIG. 5 is a top view of the individual
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the connection between the individual
上記配線は同一材料・同一工程で形成することが好ましい。配線材料としては、抵抗値の低い金属・合金・導電性材料を用いることができる。また、上部電極、下部電極としてはコンタクト抵抗の低い材料を用いることが必要である。例えば、Al,Au,Ag,Pd,Ir,W,Ti,Ta,Cu,Crなどが例示でき、コンタクト抵抗を低減するために、これらの材料の積層構造としても良い。コンタクト抵抗を下げる材料としては、任意の導電性化合物を用いても良い。例えば、Ta2O5,TiO2,TiN,ZnO,In2O3,SnO等の酸化物、窒化物およびその複合化合物が挙げられる。 The wiring is preferably formed by the same material and the same process. As the wiring material, a metal / alloy / conductive material having a low resistance value can be used. Further, it is necessary to use a material having a low contact resistance for the upper electrode and the lower electrode. For example, Al, Au, Ag, Pd, Ir, W, Ti, Ta, Cu, Cr and the like can be exemplified, and a laminated structure of these materials may be used in order to reduce contact resistance. As a material for reducing the contact resistance, any conductive compound may be used. Examples thereof include oxides such as Ta 2 O 5 , TiO 2 , TiN, ZnO, In 2 O 3 and SnO, nitrides, and composite compounds thereof.
膜厚は任意に設定できるが、3[μm]以下とすることが好ましい。また、成膜には真空成膜法等の膜厚均一性が高い成膜方法を採用することが好ましい。これらの配線は、後述の保持基板102との接合面にもなるため、高さ均一性を確保できる膜厚・成膜方法を取る必要がある。
The film thickness can be arbitrarily set, but is preferably 3 [μm] or less. In addition, it is preferable to employ a film forming method with high film thickness uniformity such as a vacuum film forming method. Since these wirings also serve as a bonding surface with the holding
<保持基板>
上述の個別液室基板101は20〜100[μm]厚と薄いため、個別液室基板101の剛性を確保するために保持基板102をノズル板2と対向する側に接合する。保持基板102の材料は任意の材料を用いることができるが、個別液室基板101の反りを防止するために熱膨張係数の近い材料を選定する必要がある。そのため、ガラス、シリコンやSiO2、ZrO2、Al2O3等のセラミックス材料とすることが好ましい。
<Holding substrate>
Since the individual
図4に示すように、保持基板102は、個別液室配列方向に連通した開口部21を有しており、共通液室4の一部を形成する。また、圧電素子15を駆動して振動板14が変位できる空間を確保するため、保持基板102の圧電素子15に対向する領域に保持基板凹部24を形成する。なお、図示しないが、保持基板凹部24は個別液室ごとに区画し、個別液室隔壁上で接合されることが好ましい。これにより、板厚の薄い個別液室基板101の剛性を高めることができ、圧電素子15を駆動した際の隣接個別液室間の相互干渉を低減することが可能となる。そのため、保持基板102は樹脂などの低剛性材料ではなく、シリコンなどの高剛性材料が好ましい。また、保持基板凹部24は個別液室3ごとに区画されるため、高密度化のためには高度な加工精度が要求され、300dpiヘッドにおいては保持基板102の隔壁幅を5〜20[μm]とすることが望ましい。
As shown in FIG. 4, the holding
<共通液室基板>
共通液室基板103は、各個別液室3に連通し各個別液室3に供給するインクを収容する個別液室配列方向に長尺な共通液室4が形成されたものである。共通液室基板103の材料は必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例えば、SUS等の合金や、シリコン、セラミックス等の無機材料、エポキシやポリフェニレンサルファイド(PPS)などの樹脂材料をあげることができる。加工方法としては、材料に応じてエッチング、プレス加工、レーザー加工、フォトリソグラフィイ、射出成形などがある。
<Common liquid chamber substrate>
The common
<フレーム部材>
フレーム部材104は共通液室4とインクを受け渡しするインクポート107を形成する部品である。フレーム部材104の材料は必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例えば、SUS等の合金、エポキシやPPSなどの樹脂材料をあげることができる。加工方法としては、材料に応じてプレス加工、レーザー加工、射出成形などがある。
<Frame member>
The
このような構成の液滴吐出ヘッド50で、ヘッド外部回路(不図示)から接続パッド109を介して駆動IC105へ駆動制御信号が供給され、駆動制御信号に基づき駆動IC105が圧電素子15を駆動して、ノズル1からインク滴を吐出する。この際、圧電素子15、駆動IC105と、接続パッド109が流れる電流により発熱する。この熱は、液滴吐出ヘッド50の構成部材によって伝達されヘッド温度が上昇する。この中でも、個別液室配列方向の一端側に設けられている接続パッド109には、液滴吐出ヘッド50の全ての個別液室3を駆動する駆動制御信号が供給されるため、大きな電流が流れて発熱量は大きなものとなる。このため、液滴吐出ヘッド50の接続パッド109を設けた一端側近傍の温度上昇は大きくなる。このため、液滴吐出ヘッド50内における液室配列方向における温度ムラが大きくなる。
With the
本実施形態では、このような温度ムラを抑制するため、図1,2に示すように、フレーム部材104のインクポート107を、接続パッド109が配置された一端側に近い共通液室4の端部にインクを供給するよう設けている。これにより、接続パッド109が配置された一端側に近い個別液室3内には、共通液室4からインクタンク(不図示)から供給されたばかりのヘッド温度で温められていないインクが供給され、温度上昇した個別液室基板101を冷却する。
In the present embodiment, in order to suppress such temperature unevenness, as shown in FIGS. 1 and 2, the
これと比較して、フレーム部材104のインクポートを共通液室4の中央部にインクを供給するよう配置する構成では、供給されたインクが共通液室4内を中央部から接続パッド109が配置された一端側に移動していく途中で温められる。接続パッド109が配置された一端側に近い個別液室3内には、温められたインクが供給され、温度上昇した個別液室基板101を冷却して温度ムラを抑制することが難しい。
In contrast, in the configuration in which the ink port of the
図7に、インクポート107の位置を変化させた液滴吐出ヘッド50を、2つの駆動条件で駆動した際のヘッドの温度分布を測定した結果を示す。2つの駆動条件の何れにおいても、インクポート107を接続パッド109が配置された一端側の端部から配列方向長さの1/8の位置に設けた構成は、インクポート107を中央部に設けた構成に較べて、温度分布を抑える効果が得られている。これより、インクポート107を接続パッド109が配置された一端側の端部から配列方向長さの1/8までの端部に設けると良い。
FIG. 7 shows the result of measuring the temperature distribution of the head when the
以下、具体的な液滴吐出ヘッド50の製造工程を実施例に基づき詳細に説明する。
<実施例1>
個別液室基板101を、直径6インチのシリコンウェハを用いて作成する。厚さ600[μm]のシリコンウェハ上に、SiO2 0.6[μm]、Si 1.5[μm]、SiO2 0.4[μm]を積層することで3層構成の振動板14を形成した。この振動板14上に、下部電極151としてTi 20[nm]、Pt 200[nm]をスパッタリング法で成膜した。下部電極151上に、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を有機金属溶液に用いたゾルゲル法で厚さ2[μm]を成膜した後、700℃で焼成し、PZTの圧電体膜(不図示)を形成した。その後、圧電体膜上にPt 200[nm]をスパッタリング法で成膜して上部電極152とした。
Hereinafter, a specific manufacturing process of the
<Example 1>
The individual
上部電極152形成後に、上部電極152、圧電体膜(不図示)、下部電極151をドライエッチング法でパターニングすることで、個別液室3に対応した圧電素子15と測温抵抗体18を形成した。
圧電素子15の配列ピッチは85[μm]とし、圧電体の幅は40[μm]とした。圧電素子15の長手方向の長さは1000[μm]とし、1列あたりの圧電素子15の配列数は300個の4列配置とした。また、振動板14の可動部は個別液室3の隔壁上の部分にかからないようにした。これより、個別液室3に対応した振動板14の変形を阻害することがない。
After the formation of the
The arrangement pitch of the
また、よりインクに近い温度を検出するために、個別液室基板101上に測温抵抗体18を形成する。測温抵抗体18は、個別液室3を加圧する圧電素子15を形成する積層構成を利用しており、上部電極152または下部電極151と同じ層を用いることができる。この測温抵抗体18を形成するために、別途,専用の材料やプロセスを追加する必要がなく、コストアップを招くことはない。また、個別液室基板101上の測温抵抗体18を設けるために必要な領域も狭いため、液滴吐出ヘッドの大型化を招くこともない。測温抵抗体18は、上部電極152または下部電極151と同じ層に定電流を与えたときの電圧値から、温度を推定することができる。上部電極152または下部電極151の材料として、上記ではPt,Ir,Ir酸化物,Pd,Pd酸化物等としたが、測温抵抗体18として用いる場合には、Ptがもっとも好ましい。
Further, in order to detect a temperature closer to the ink, the
次に、プラズマCVD法により層間絶縁膜(不図示)を成膜し、上部電極152上および下部電極151上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成後、Ti 50[nm]とAl 2[μm]を順次積層しドライエッチングすることで、配線層を形成した。この配線層の形成工程と同じ工程を用いて、接続パッド109を、積層およびドライエッチングによって形成した。
Next, an interlayer insulating film (not shown) is formed by plasma CVD, contact holes are formed in the interlayer insulating film on the
その後、インク供給口22部分の振動板14をドライエッチングで除去し、インク供給口22を形成して個別液室基板101が完成する。
Thereafter, the
次に、保持基板102を、直径6インチのシリコンウェハを用いて作成する。まず、シリコンウェハを厚さ400[μm]に研磨し、個別液室基板101側に酸化膜などを形成する。その後、その酸化膜を保持基板凹部24および開口部21が開口するようにフォトリソグラフィによりパターニングする。さらにその上にレジストを形成し、開口部21だけが開口するようにレジストをフォトリソグラフィによりパターニングする。そして、ICPエッチングで、個別液室基板101側から開口部21を貫通形成する。その後、個別液室基板101側のレジストのみを除去し、はじめにパターニングした酸化膜パターンをマスクとして、ICPエッチングでハーフエッチングする。最後に酸化膜を除去すると、個別液室基板101側の保持基板凹部24と貫通する開口部21とを形成することができる。
Next, the holding
このようにして作成した保持基板101の接合面にエポキシ系接着剤をフレキソ印刷機で膜厚2[μm]で塗布し接合、接着剤を硬化することで保持基板101を個別液室基板101に接合した。
An epoxy adhesive is applied to the bonding surface of the holding
その後、保持基板102と接合された個別液室基板101上に駆動IC105を実装する。まず、個別液室基板101上の個別配線パッド(不図示)上にスタッドバンプを形成し、そこに駆動IC105の電極部を位置合わせし、超音波接合などによって個別配線パッド(不図示)と駆動IC105とを物理的および電気的に接合する。
Thereafter, the driving
その後、600[μm]の個別液室基板101を80[μm]まで研磨した後に、個別液室3、流体抵抗部23をICPドライエッチング法で形成した。個別液室の幅は60[μm]とし、流体抵抗部23の幅は30[μm]、長さは300[μm]とした。流体抵抗部23、個別液室3のエッチングは振動板14に到達するまで行い同一の高さとした。また、インク供給口22の部分の振動板14は事前にエッチングをしているため、貫通口を形成することができる。
Thereafter, the individual
ウェハをダイシングによりチップに切り出した後に、保持基板102と同様の手法でノズル板2と個別液室基板101とを接合した。ノズル板2は、厚さ30[μm]のSUS材にプレス加工で直径20[μm]のノズル1を85[μm]ピッチで形成したものを用いた。
After the wafer was cut into chips by dicing, the
次に、共通液室基板103を形成した。共通液室基板103はSUSをエッチングして共通液室4となる開口を形成した。なお、図3に示すように、共通液室4となる開口は、個別液室配列方向の一端側に設けられている接続パッド109と反対側で先細る形状にした。これは、インクポート107より接続パッド109が配置された一端側に近い共通液室4の端部にインクを供給するよう設けた場合、インクポート107から遠ざかるにつれてインク流速が遅くなり、インクの充填性が確保できない虞がある。本実施例では、接続パッド109と反対側で共通液室4が先細る形状としてインク流速が遅くなるのを防ぐことで、インクの充填性を高めている。
Next, the common
次に、フレーム部材104を形成した。フレーム部材104はPPSを射出成形し、インクポート107をとなる開口を形成した。インクポート107は、図1、2に示すように、個別液室配列方向に対して、接続パッド109が配置された一端側に近い共通液室4の端部にインクを供給するよう設けた。上述のように、インクポート107は接続パッド109が配置された一端側の端部から、配列方向長さの1/8までの位置にあれば、温度分布を抑える効果が得られ、さらに端部に近い位置に設けることが、より好ましい。
Next, the
そして、保持基板102上に、共通液室基板103とフレーム部材104とを接合し、フレーム部材104のインクポート107を外部のインクタンク(不図示)と接続した。また、接続パッド109に異方性導電膜(ACF)やワイヤーボンディングにて、ヘッド外部回路(不図示)へ接続されるFPC110を接合することで液滴吐出ヘッド50とする。
Then, the common
作製した液滴吐出ヘッド50において、各ノズル1から吐出される液滴1滴の体積を10[pl]とした。また、例えば、20[kHz]で、4列×300個の全ノズルから液滴を吐出する際に消費する電力を1[W]として、後述するインクジェット記録装置で印字した。この結果、良好な画像を得ることができた。
In the manufactured
<実施例2>
図8は、実施例2の液滴吐出ヘッド50の組立斜視図である。図9は、図8からフレーム部材104を取り除いた斜視図である。実施例2は、実施例1の液滴吐出ヘッド50において、フレーム部材104に、インクポート107を設けた箇所と個別液室配列方向に対して反対側の共通液室4端部に連通するインクポート108を設けたものである。また、図9に示すように、共通液室4は、個別液室配列方向に関して均等に設けられている。この液滴吐出ヘッド50では、接続パッド109に近い側のインクポート107にインクタンクからのインクを供給し、反対側のインクポート108からインクタンクへインクを排出するよう構成する。このようにして、共通液室4内でインクの流れを作ることで、接続パッド109と反対側でインク流速が遅くなるのを防いで、インクの充填性を高めている。これは、例えば、ヘッドの小型化などの要求から、液滴吐出ヘッドの短手寸法が限られて共通液室のインク充填性が悪い場合に、実施例2の構成にすることで、温度分布を低減しつつインクの充填性も高めることが可能になる。
<Example 2>
FIG. 8 is an assembled perspective view of the
図10は、実施例2に係るインク循環手段の一例を示す概略構成図である。具体的には、インクポート108とインクタンク235の間にインク循環手段としてのポンプ230を設ける。そして、サブタンク235から接続パッド109に近い側のインクポート107にインクを供給し、反対側のインクポート108からポンプ230を通してインクタンク235にインクを排出するようにする。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating an example of the ink circulation unit according to the second embodiment. Specifically, a
次に、実施形態に係る本発明の液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例としてのインクジェット記録装置の構成例について説明する。
図11は、本実施形態の一例のインクジェット記録装置201の全体構成を示す側面図である。図12は、図11のインクジェット記録装置201の要部構成を示す平面図である。
このインクジェット記録装置201はシリアル型のインクジェット記録装置であり、左右の側板221A、221Bに横架したガイド部材である主ガイドロッド231、従ガイドロッド232でキャリッジ233を主走査方向に摺動自在に保持する。そして、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図12中の矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。このキャリッジ233には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出するために、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド234を装着している。
Next, a configuration example of an ink jet recording apparatus as an example of an image forming apparatus including the droplet discharge head of the present invention according to the embodiment will be described.
FIG. 11 is a side view illustrating the overall configuration of an
This ink
この記録ヘッド234は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けている。記録ヘッド234は、それぞれ2つのノズル列を有する液滴吐出ヘッド234a、234bを1つのベース部材に取り付けて構成している。そして、一方のヘッド234aの一方のノズル列はブラック(K)の液滴を、他方のノズル列はシアン(C)の液滴を、他方のヘッド234bの一方のノズル列はマゼンタ(M)の液滴を、他方のノズル列はイエロー(Y)の液滴を、それぞれ吐出する。ここでは2ヘッド構成で4色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液滴吐出ヘッドを備えることもできる。また、キャリッジ233には、記録ヘッド234のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク235a、235b(区別しないときは「サブタンク235」という。)を搭載している。このサブタンク235には各色の供給チューブ236を介して、供給ユニット224によって各色のインクカートリッジ210から各色のインクが補充供給される。
The
一方、給紙トレイ202の用紙積載部(圧板)241上に積載した用紙242を給紙するための給紙部として、用紙積載部241から用紙242を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)243及び給紙コロ243に対向している。そして、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド244を備え、この分離パッド244は給紙コロ243側に付勢されている。この給紙部から給紙された用紙242が記録ヘッド234の下方側に送り込まれる。このために、用紙242を案内するガイド部材245と、カウンタローラ246と、搬送ガイド部材247と、先端加圧コロ249を有する押さえ部材248とが備わっている。また、給送された用紙242を静電吸着して記録ヘッド234に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト251を備えている。この搬送ベルト251は、無端状ベルトであり、搬送ローラ252とテンションローラ253との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。
On the other hand, as a paper feed unit for feeding the
また、この搬送ベルト251の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ256を備えている。この帯電ローラ256は、搬送ベルト251の表層に接触し、搬送ベルト251の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト251は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ252が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。さらに、記録ヘッド234で記録された用紙242を排紙するための排紙部として、搬送ベルト251から用紙242を分離するための分離爪261と、排紙ローラ262及び排紙コロ263とを備えている。そして、排紙ローラ262の下方には排紙トレイ203が備わっている。
In addition, a charging
また、装置本体の背面部には両面ユニット271が着脱自在に装着されている。この両面ユニット271は搬送ベルト251の逆方向回転で戻される用紙242を取り込んで反転させて 再度、カウンタローラ246と搬送ベルト251との間に給紙する。また、この両面ユニット271の上面は手差しトレイ272としている。さらに、キャリッジ233の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド234のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構281を配置している。この維持回復機構281には、記録ヘッド234の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材(以下「キャップ」という。)282a、282b(区別しないときは「キャップ282」という。)と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード283と、増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け284などを備えている。
A double-sided unit 271 is detachably attached to the back surface of the apparatus main body. The duplex unit 271 takes in the
また、キャリッジ233の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け288を配置している。そして、この空吐出受け288には記録ヘッド234のノズル列方向に沿った開口部289などを備えている。このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ202から用紙242が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙242はガイド部材245で案内される。そして、搬送ベルト251とカウンタローラ246との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド237で案内されて先端加圧コロ249で搬送ベルト251に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。このとき、帯電ローラ256に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加される。この場合、搬送ベルト251が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト251上に用紙242が給送されると、用紙242が搬送ベルト251に吸着され、搬送ベルト251の周回移動によって用紙242が副走査方向に搬送される。そこで、キャリッジ233を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド234を駆動することにより、停止している用紙242にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙242を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙242の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙242を排紙トレイ203に排紙する。
このように、インクジェット記録装置201では、本発明に係る液滴吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えているので、信頼性の高い安定した滴吐出をおこなうことができて、高速で、印字ムラのない高画質画像を形成することができる。
In addition, in the non-printing area on the other side of the
As described above, since the
次に、実施形態に係る本発明の液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例としてのインクジェット記録装置の他の構成例について説明する。図13は本実施形態の他の例のインクジェット記録装置401の全体構成を示す側面図である。このインクジェット記録装置401はライン型のインクジェット記録装置であり、装置本体401の内部に画像形成部402等を有し、装置本体401の下方側に多数枚の記録媒体(用紙)403を積載可能な給紙トレイ404を備えている。この給紙トレイ404から給紙される用紙403を取り込み、搬送機構405によって用紙403を搬送しながら画像形成部402によって所要の画像を記録する。その後、装置本体401の側方に装着された排紙トレイ406に用紙403を排紙する。また、装置本体401に対して着脱可能な両面ユニット407を備えている。両面印刷を行うときには、一面(表面)印刷終了後、搬送機構405によって用紙403を逆方向に搬送しながら両面ユニット407内に取り込む。そして、反転させて他面(裏面)を印刷可能面として再度、搬送機構405に送り込み、他面(裏面)印刷終了後、排紙トレイ406に用紙403を排紙する。ここで、画像形成部402は、例えばブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の液滴を吐出する、フルライン型の4個の液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド411k、411c、411m、411yを備えている。なお、記録ヘッド411k、411c、411m、411yの色を区別しないときには、以下、「記録ヘッド411」という。各記録ヘッド411は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ413に装着している。
Next, another configuration example of the ink jet recording apparatus as an example of an image forming apparatus including the droplet discharge head of the present invention according to the embodiment will be described. FIG. 13 is a side view showing the overall configuration of an ink
また、各記録ヘッド411に対応して記録ヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構412k、412c、412m、412yを備えている。なお、維持回復機構412k、412c、412m、412yの色を区別しないときには、以下、「維持回復機構412」という。パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド411と維持回復機構412とを相対的に移動させて、記録ヘッド411のノズル面に維持回復機構412を構成するキャッピング部材などを対向させる。ここでは、記録ヘッド411は、用紙搬送方向上流側から、ブランク、シアン、マゼンタ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。
Also, a maintenance /
さらに、ライン型記録ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた1又は複数の記録ヘッドを用いることもできる。また、記録ヘッドとこの記録ヘッドにインクを供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。給紙トレイ404の用紙403は、給紙コロ(半月コロ)421と図示しない分離パッドによって1枚ずつ分離され装置本体401内に給紙される。そして、搬送ガイド部材423のガイド面423aに沿ってレジストローラ425と搬送ベルト433との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材426を介して搬送機構405の搬送ベルト433に送り込まれる。
Further, as the line-type recording head, one or a plurality of recording heads provided with a plurality of nozzle rows that discharge droplets of each color at a predetermined interval may be used. Further, the recording head and the recording liquid cartridge that supplies ink to the recording head can be integrated or separated. The
また、搬送ガイド部材423には両面ユニット407から送り出される用紙403を案内するガイド面423bも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構405から戻される用紙403を両面ユニット407に案内するガイド部材427も配置している。搬送機構405は、搬送ベルト433、帯電ローラ434、プラテン部材435及び押さえコロ436を有している。そして、搬送ベルト433は、駆動ローラである搬送ローラ431と従動ローラ432との間に掛け渡した無端状の搬送ベルトである。帯電ローラ434は、搬送ベルト433を帯電させるための帯電ローラである。プラテン部材435は、画像形成部402に対向する部分で搬送ベルト433の平面性を維持する部材である。押さえコロ436は、搬送ベルト433から送り出す用紙403を搬送ローラ431側に押し付けている。その他図示しないが、搬送ベルト433に付着したインクを除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなるクリーニングローラなども有している。この搬送機構405の下流側には、画像が記録された用紙403を排紙トレイ406に送り出すための排紙ローラ438及び拍車439を備えている。
In addition, the
このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト433は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ434と接触することで帯電される。そして、この高電位に帯電した搬送ベルト433上に用紙403が給送されると、用紙403は搬送ベルト433に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト433に強力に吸着した用紙403は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。そして、搬送ベルト433を周回させて用紙403を移動させ、記録ヘッド411から液滴を吐出する。これにより、用紙403上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙403は排紙ローラ438によって排紙トレイ406に排紙される。
In the image forming apparatus configured as described above, the
このように、インクジェット記録装置401では、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えているので、信頼性の高い安定した滴吐出を行なうことができて、印字ムラのない高画質画像を形成することができる。
As described above, since the
なお、上記実施形態では本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェット記録装置のインク滴を吐出する記録ヘッドに適用した例を用いて説明した。これに限らず、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。 In the above-described embodiment, the liquid droplet ejection head according to the present invention has been described using an example in which the liquid droplet ejection head is applied to a recording head that ejects ink droplets of an ink jet recording apparatus. The present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to liquid droplets other than ink, for example, a droplet discharge head that discharges a liquid resist for patterning, and a droplet discharge head that discharges a gene analysis sample.
また、上述では個別液室3に圧力変動を発生させて、ノズル1からインク滴を吐出する圧力発生手段として、圧電素子15を用いた圧電アクチュエータ方式を採用している。しかし、これに限らず、静電アクチュエータ方式、また、ヒータなどを用いて個別液室3内に気泡を発生させて、個別液室を昇圧させてノズルからインク滴を吐出するサーマル方式を用いた液滴吐出ヘッドにも適用することができる。
Further, in the above description, a piezoelectric actuator system using the
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様ごとに特有の効果を奏する。
(態様A)
複数のノズル1のそれぞれに連通する複数の個別液室3を形成した個別液室基板101と、複数の個別液室のそれぞれのノズル側とは反対側の壁面を構成する振動板14と、振動板の個別液室側の面とは反対側の面上に設けられ、各個別液室に圧力変動を発生する圧電素子15などの圧力発生手段と、個別液室の配列方向に沿って設けられ個別液室に連通してインクなどの液体を供給する共通液室4と、インクタンクなどの液体タンクから共通液室に液体を供給するためのインクポート107などの液体供給孔と、圧力発生手段を駆動する駆動IC105と、駆動ICに外部からの駆動制御信号を入力するための接続パッド109などの接続部とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、接続部を個別液室基板上の個別液室の配列方向の一端側に設け、液体供給孔を共通液室の接続部が配置された一端側の端部に液体を供給するよう配置する。
これによれば、上記実施形態に説明したように、液滴吐出ヘッドの小型化や低コスト化を図りつつ、駆動ICへの接続部の発熱による液滴吐出ヘッド内の温度ムラを抑制できる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has specific effects for each of the following modes.
(Aspect A)
An individual
According to this, as described in the above embodiment, it is possible to suppress temperature unevenness in the droplet discharge head due to heat generation at the connection portion to the drive IC while reducing the size and cost of the droplet discharge head.
(態様B)
(態様A)において、液体供給孔を設けた箇所と個別液室の配列方向に対して反対側の共通液室の端部に連通するインクポート108などの液体排出孔を設ける。これによれば、接続部に近い液体供給孔から反対側に向かって共通液室内で液体の流れを作ることで、反対側で液体流速が遅くなるのを防いで、液体の充填性を高めている。このように、温度分布を低減しつつ液体の充填性も高めることができる。
(Aspect B)
In (Aspect A), a liquid discharge hole such as an
(態様C)
(態様A)または(態様B)のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載する液滴吐出装置である。これによれば、吐出特性のバラツキが少なくなり、液滴吐出が安定する。
(Aspect C)
A droplet discharge apparatus equipped with either of the droplet discharge heads of (Aspect A) or (Aspect B). According to this, variation in ejection characteristics is reduced, and droplet ejection is stabilized.
(態様D)
(態様A)または(態様B)のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載し、液滴吐出ヘッドのノズルから記録液を媒体に吐出して画像を形成する画像形成装置である。これによれば、記録材への吐出特性のバラツキが少なくなり、印字ムラが抑制される。
(Aspect D)
An image forming apparatus that mounts the droplet discharge head of either (Aspect A) or (Aspect B) and forms an image by discharging a recording liquid from a nozzle of the droplet discharge head onto a medium. According to this, variation in ejection characteristics to the recording material is reduced, and printing unevenness is suppressed.
1 ノズル
2 ノズル板
3 個別液室
4 共通液室
10 ノズル列
11 下部電極
12 圧電素子
13 上部電極
14 振動板
15 圧電素子
20 接続パッド
50 液滴吐出ヘッド
101 個別液室形成基板
102 保持基板
103 共通液室形成基板
104 フレーム部材
105 駆動IC
107 インクポート(液体供給孔)
108 インクポート(液体排出孔)
109 接続パッド
110 FPC
201 インクジェット記録装置
210 インクカートリッジ
224 供給ユニット
233 キャリッジ
234 記録ヘッド
234a、b 液滴吐出ヘッド
235 サブタンク
236 供給チューブ
237 搬送ガイド
401 インクジェット記録装置
405 搬送機構
406 排紙トレイ
411 記録ヘッド
412 維持回復機構
413 ヘッドホルダ
DESCRIPTION OF
107 Ink port (liquid supply hole)
108 Ink port (liquid discharge hole)
109
201
Claims (4)
上記接続部を上記個別液室基板上の上記個別液室の配列方向の一端側に設け、上記液体供給孔を上記共通液室の該接続部が配置された一端側の端部に液体を供給するよう配置したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 An individual liquid chamber substrate in which a plurality of individual liquid chambers communicating with each of the plurality of nozzles is formed; a diaphragm that forms a wall surface on the opposite side of each nozzle of the plurality of individual liquid chambers; Pressure generating means provided on a surface opposite to the surface of the individual liquid chamber and generating pressure fluctuations in each of the individual liquid chambers; provided along the arrangement direction of the individual liquid chambers; A common liquid chamber for supplying liquid in communication, a liquid supply hole for supplying liquid from the liquid tank to the common liquid chamber, a drive IC for driving the pressure generating means, and an external drive for the drive IC In a droplet discharge head provided with a connection for inputting a control signal,
The connection portion is provided on one end side in the arrangement direction of the individual liquid chambers on the individual liquid chamber substrate, and the liquid supply hole is supplied with liquid to the end portion on one end side where the connection portion of the common liquid chamber is disposed. A liquid droplet ejection head characterized by being arranged to perform.
上記液体供給孔を設けた箇所と上記個別液室の配列方向に対して反対側となる上記共通液室の端部に液体排出孔を設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1,
A liquid droplet ejection head, wherein a liquid discharge hole is provided at an end of the common liquid chamber opposite to a position where the liquid supply hole is provided and an arrangement direction of the individual liquid chambers.
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- 2013-03-14 JP JP2013052387A patent/JP6164516B2/en active Active
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