JP6319645B2 - 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
先ず、図4(a)に示すように、厚み400[μm]の<100>シリコン基板201の表面に、シリコン酸化膜を0.2[μm]及びシリコンを2.0[μm]を張り合わせたSOI基板を用いる。このSOI基板表面にパイロ(Wet)酸化法によりシリコン酸化膜202を0.3[μm]形成し、これを振動板30とする。その後、図4(b)に示すように、下部電極51となる白金(Pt)層203をスパッタ法により0.2[μm]成膜し、パターニングする。更に、図4(c)に示すように、ゾルゲル法により圧電体52となる圧電体層204を2[μm]成膜し、さらに上部電極53となる白金(Pt)層205を0.1[μm]成膜する。その後、リソエッチ法により上部電極53となる白金(Pt)層205、及び、圧電体52となる圧電体層204をパターニングする。この上部電極53となる白金(Pt)層205のパターニング工程で、温度センサとしての測温抵抗体(不図示)を同時に作製する。
液滴吐出ヘッドでは、インクカートリッジの交換時等にインクに気泡が混入することがある。インクに気泡が混入すると、アクチュエータを駆動してインクを昇圧しても所定の圧力にならずに吐出不良を引き起こす場合がある。このような吐出不良を抑制するために、液滴吐出ヘッド内のインクに混入した気泡を排出すること不可欠となる。インクジェット記録装置の回復装置127の吸引手段(不図示)によりノズルから吸引することで排出している。特に、インクタンクに大気解放弁を設けずにインクタンクを小型化した液滴吐出ヘッドなどでは、インクカートリッジの交換時に混入した気泡を、インクジェット記録装置の回復装置127の吸引手段(不図示)によりノズルから吸引することで排出している。このため、気泡排出性を向上させることは重要な課題になっている。
図8は、本実施形態の液滴吐出ヘッド1のインク流路を模式的に示したノズル列方向の断面説明図である。共通液室14は、その上部が金属板71と包囲壁部材72とからなる共通液室構成部材70で形成され、その下部が保護基板40のインク流路59で形成されている。共通液室14の最上部を構成する包囲壁部材72は、端部に向かって加圧液室12とは反対側の内壁面が加圧液室側に接近しており、共通液室14は端部に向かって重力方向(図中Z方向)下方となる加圧液室側に狭窄する(以下、Z狭窄という)形状となっている。以下、このZ狭窄した部分をZ狭窄部76という。
<実施例1>
図9は、実施例1の液滴吐出ヘッド1の加圧液室12を振動板30側から見た模式図である。各加圧液室12は、振動板フィルタ60を介して、共通液室14の最下部を形成する保護基板40のインク流路59に連通している。加圧液室12よりも外側のノズル列方向の最端部には、第1のダミー液室としての気泡排出用ダミー液室15を備えている。気泡排出用ダミー液室15は、気泡排出用ノズル18に連通し、保護基板40のインク流路59との連通部に、振動板30に形成した大きな開口61を有している。気泡排出用ダミー液室15は、インク流路59との連通部を他の加圧液室12のように振動板30に形成した小さい複数の供給孔からなる振動板フィルタ60ではなく、大きな開口61とすることで、共通液室14から気泡を進入し易くしている。
本発明者らの実験によれば、上述の図13に示す、ノズル列方向端部に向かって滴速度が低下する現象が、ノズル列中央部におけるバラツキと同程度に抑えられた。
図10は、実施例2の液滴吐出ヘッドの加圧液室を振動板側から見た模式図である。実施例2は、ノズル列方向で加圧液室12よりも外側となる端部に、画像形成のためのインク滴吐出には用いないダミー液室を3つ形成する。これらのうち、最端部のダミー液室を気泡排出用ダミー液室15(第1のダミー液室)として用い、他の2つのダミー液室をダンパ用ダミー液室16(第2のダミー液室)として用いてダンパ機構を構成するものである。ノズル列方向の最端部となる気泡排出用ダミー液室15の構成は実施例1と同様であり、この気泡排出用ダミー液室15を介して気泡を排出しやすくなることで、気泡排出性が向上する。
図11は、実施例3の液滴吐出ヘッドの加圧液室を振動板側から見た模式図である。実施例3では、実施例2の構成で、2つのダンパ用ダミー液室16のインク流路59と対向する部分の流路隔壁を取り除き、連結部を振動板30で閉鎖して振動板ダンパ62を形成したものである。これにより、振動板ダンパ62とそれに対応する空間の面積が広がり、ダンパ機構のコンプライアンスを大きく取ることができ、共通液室のZ狭窄部における圧力変動がより良好に緩和される。また、インク流路59と対向する部分以外の流路隔壁を残すことで、ダンパ用ダミー液室16の構造体としての剛性を確保すると共に、端部の加圧液室12の吐出特性がバラツクことを抑えることができる。この構成は、液室基板20のマスクパターンを変更するだけで、プロセス変更はないため、容易に実現することができる。
図12は、実施例4の液滴吐出ヘッドの加圧液室を振動板側から見た模式図である。実施例4では、ノズル列方向で,加圧液室よりも外側となる端部に、5つの画像形成に関与しないダミー液室を形成している。加圧液室と隣接するダミー液室17は、振動板フィルタ60を形成せずに、振動板30に大きな開口61を形成している以外は、加圧液室12と同じ流路形状を有している。その端部側に隣接する2つ液室は、上記実施例3と同様の、インク流路59と対向する部分の流路隔壁を取り除いて連結した部分を振動板30で閉鎖して振動板ダンパ62としたダンパ用ダミー液室16である。ノズル列方向の最端部の2つの液室は、気泡排出用ダミー液室15で、インク流路と対向する部分の流路隔壁を取り除いて連結して、大きな開口61を形成したものである。
(態様A)
複数のノズル11に連通する複数の加圧液室12と、加圧液室12より重力方向上方で加圧液室の配列方向(ノズル列方向)に延在するように設けられ、加圧液室に連通してインクなどの液体を供給する共通液室14と、ノズル11から液滴を吐出するよう加圧液室12に圧力変動を発生させる圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッド1である。この液滴吐出ヘッド1において、共通液室14は、共通液室内に流れる液体の流れ方向下流側となる上記配列方向の端部に行くに伴い配列方向に直交する断面積が小さくなるよう加圧液室12とは反対側の内壁面を加圧液室側に接近させるように形成し、配列方向で加圧液室12よりも外側に延在させた共通液室14部分の加圧液室側の壁面を変形可能に構成する。
(態様A)において、加圧液室12の共通液室14側の壁面を形成する振動板30を備え、振動板の配列方向で加圧液室よりも外側の領域を用いて、上記共通液室部分の加圧液室側の変形可能な壁面である振動板ダンパ62などを形成する。これによれば、上記実施例1について説明したように、加圧液室を形成する振動板を利用して、ダンパ機構の変形可能な壁面を形成する。この構成では、新たにダンパ機構を形成する部材を用いることなく、従来の製造工程を用いて、容易に、共通液室の加圧液室側の端部にダンパ機構を形成できる。
(態様A)または(態様B)において、上記配列方向で加圧液室より外側の最端部に、気泡排出用ノズル18に連通し、且つ、加圧液室12に比べて大きな開口61を介して共通液室14と連通する気泡排出用ダミー液室15などの第1のダミー液室を設ける。これによれば、共通液室内の液体の流れにより共通液室の最端部に押し出された気泡が、他の加圧液室よりも大きな開口を有する第1のダミー液室に容易に進入して、第1のダミー液室のノズルより排出される。このように、第1のダミー液室を介して気泡を排出させることで、気泡排出性が向上する。
(態様B)または(態様C)において、配列方向で加圧液室12よりも外側に、共通液室との連通部を振動板30で閉鎖したダンパ用ダミー液室16などの第2のダミー液室を設け、振動板ダンパ62など連通部を閉鎖した部分の振動板を用いて、上記共通液室の加圧液室側の変形可能な壁面を形成する。これによれば、上記実施例2について説明したように、第2のダミー液室の共通液室との連通部を振動板で閉鎖した部分で、ダンパ機構の変形可能な壁面を形成し、第2のダミー液室の内部の空間を壁面が変形するための空間として用いることができる。この構成では、新たにダンパ機構を形成する部材を用いることなく、従来の製造工程を用いて容易に共通液室の加圧液室側の端部にダンパ機構を形成できる。
(態様D)において、ダンパ用ダミー液室16などの第2のダミー液室を複数設け、複数の第2のダミー液室の共通液室との連通部を連結して振動板で閉鎖する。これによれば、上記実施例3について説明したように、複数の第2のダミー液室の共通液室との連通部を連結してダンパ機構の面積を大きくすることができ、より効果的に端部の圧力変動を緩和することができる。また、第2のダミー液室の共通液室との連結部以外の流路隔壁を残すことで、第2のダミー液室の構造体としての剛性を確保することができる。
(態様B)乃至(態様E)の何れかにおいて、気泡排出用ダミー液室15などの第1のダミー液室は、加圧液室12に比べて共通液室との連通部からノズルまでの流体抵抗が小さくなるように形成する。これによれば、第1のダミー液室内で液体の流速を上げることができ、第1のダミー液室を介してより気泡が排出しやすくなることで気泡排出性が向上する。
(態様D)または(態様E)において、加圧液室に隣接する位置の第1のダミー液室または第2のダミー液室の内部の流路形状が加圧液室12の内部の流路形状と同じである。これによれば、上記実施例2または4について説明したように、加圧液室列に隣接して、加圧液室と同じ流路形状を有するダミー液室を設けることで、加圧液室列端部の加工精度を向上させて、加圧液室列内の吐出バラツキを低減することができる。
(態様A)乃至(態様G)の何れかの液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドのノズルから内部の液体を吸引する吸引手段とを備えたことインクジェット記録装置などの画像形成装置である。これによれば、良好な吐出性能が得られ、高品位の画像を得ることができる。
10 ノズル基板
11 ノズル
12 加圧液室
13 流体抵抗
14 共通液室
15 気泡排出用ダミー液室(第1のダミー液室)
16 ダンパ用ダミー液室(第2のダミー液室)
17 加圧液室と隣接するダミー液室
18 気泡排出用ノズル
20 液室基板
30 振動板
40 保護基板
50 圧電素子
51 下部電極
52 圧電体
53 上部電極
54 配線部材
55 層間絶縁膜
56 パッシベーション膜
57 下部電極パッド部
58 上部電極パッド部
59 インク流路(共通液室下部)
60 振動板フィルタ
61 開口
62 振動板ダンパ
70 共通液室構成部材(共通液室上部)
71 金属板
72 包囲壁部材
73 スリット状開口
74 隆起状骨部
76 Z狭窄部
80 ハウジング部材
81 連通管
85 成形体
100 インクジェット記録装置
101 キャリッジ
102 インクカートリッジ
103 印字機構部
104 給紙機構部
127 回復装置
201 シリコン基板
202 シリコン酸化膜
203、205 白金(Pt)層
204 圧電体層
206 絶縁体層
211 引き出し電極層
212 シリコン窒化膜
Claims (8)
- 複数のノズルに連通する複数の加圧液室と、該加圧液室の配列方向に延在するように設けられ、該加圧液室に連通して液体を供給する共通液室と、該ノズルから液滴を吐出するよう該加圧液室に圧力変動を発生させる圧力発生手段と、上記加圧液室の壁面を形成する振動板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
上記共通液室は、該共通液室内に流れる液体の流れ方向下流側となる上記配列方向の端部に行くに伴い該配列方向に直交する断面積が小さくなるよう内壁面を加圧液室側に接近させるように形成した共通液室部分を有し、
上記共通液室部分に対応した領域に、上記共通液室との連通部を上記振動板で閉鎖したダンパ用ダミー液室を設け、該連通部を閉鎖した部分の振動板を用いて、上記共通液室部分の加圧液室側の壁面を変形可能に構成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項1の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記共通液室部分に対応した領域に、上記共通液室と連通する気泡排出用ダミー液室を設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項2の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記気泡排出用ダミー液室は、上記加圧液室が上記共通液室に連通する開口よりも大きな開口を介して上記共通液室と連通することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項1ないし3の何れかの液滴吐出ヘッドにおいて、
上記ダンパ用ダミー液室を複数設け、該複数のダンパ用ダミー液室の上記共通液室との連通部を連結して上記振動板で閉鎖したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項2、請求項3、または、少なくとも請求項2を引用する態様の請求項4の何れかの液滴吐出ヘッドにおいて、
上記気泡排出用ダミー液室は、上記加圧液室に比べて上記共通液室との連通部からノズルまでの流体抵抗が小さくなるように形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項1ないし5の何れかの液滴吐出ヘッドにおいて、
上記ダンパ用ダミー液室の内部の流路形状が該加圧液室の内部の流路形状と同じであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項2、請求項3、または、少なくとも請求項2を引用する請求項4、請求項5もしくは請求項6、の何れかの液滴吐出ヘッドにおいて、
上記気泡排出用ダミー液室の内部の流路形状が該加圧液室の内部の流路形状と同じであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項1乃至7の何れかの液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドのノズルから内部の液体を吸引する吸引手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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