WO2020240776A1 - インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに画像形成装置 - Google Patents

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partition
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江口 秀幸
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コニカミノルタ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an inkjet head, a method for manufacturing the same, and an image forming apparatus.
  • a pressure chamber whose volume fluctuates due to the operation of a piezoelectric body is provided, and an ink flow path that communicates from the ink chamber to the nozzle opening via the pressure chamber is provided.
  • Patent Document 1 a piezoelectric body is produced on one surface of a diaphragm, a pressure chamber member composed of a partition wall for partitioning a plurality of pressure chambers is produced on the other surface of the diaphragm, and then the pressure chamber member is described.
  • a method of manufacturing the above-mentioned inkjet head by laminating the above-mentioned partition wall, the ink flow path member, and the nozzle plate is described.
  • a pressure chamber member (partition wall) is manufactured by electroplating, whereby a piezoelectric body and a pressure chamber are formed on both surfaces of the diaphragm. It is stated that the members can be integrally manufactured, so that the position of the piezoelectric body and the pressure chamber can be easily aligned.
  • the volume of the pressure chamber itself is sufficiently large in order to cause a volume fluctuation of a sufficient size for ejecting ink in the pressure chamber. Therefore, in order to enable high-definition pattern formation, if the pressure chambers are arranged at a higher density, the volume of the pressure chambers narrowed by the high-density arrangement is increased, and the height of the pressure chambers is increased. Need to be secured by. Then, in order to increase the height of the pressure chamber, it is necessary to increase the height of the partition wall, and for that purpose, the aspect ratio of the partition wall (the height (t) of the partition wall with respect to the width (W) of the partition wall). (T / W)) also needs to be increased. On the other hand, if the width of the pressure chamber is increased to lower the height of the partition wall, it becomes necessary to form an ink flow path between the pressure chambers, and the width of the partition wall becomes thinner. Needs to be larger.
  • such a partition wall having a high aspect ratio has been used by a method of photolithography of a support layer of an SOI (Silicon on Insulator) substrate and deep etching (Deep-DIE), or an SOI substrate having an active layer plane orientation of (110). It has been produced by a method of wet etching the support layer of the above.
  • SOI Silicon on Insulator
  • Deep-DIE deep etching
  • It has been produced by a method of wet etching the support layer of the above.
  • Si which is a single crystal, is very fragile and easily broken because when bending stress is concentrated on the defective portion, fracture easily proceeds along the cleavage plane.
  • Patent Document 1 if a partition wall is formed on the surface of a substrate such as Si by electroplating nickel (Ni) or the like using a resist pattern using a photoresist, a partition wall having no cleavage surface is formed. Is unlikely to occur due to bending stress or the like.
  • the aspect ratio of the pattern that can be formed by the photoresist is limited to about 1/1, and it is difficult to produce a partition wall having an aspect ratio larger than this.
  • the present invention has been made based on the above findings, and includes an inkjet head having a pressure chamber having a larger aspect ratio of a partition wall and less likely to be broken during manufacturing, a method for manufacturing the same, and an image including the inkjet head. Its purpose is to provide a forming device.
  • the subject is an inkjet head having a diaphragm that vibrates due to the operation of a piezoelectric body and a pressure chamber whose volume fluctuates due to the vibration of the diaphragm.
  • the pressure chamber has a metal region in contact with the diaphragm. It is partitioned from an adjacent pressure chamber or flow path by a partition formed from the partition, which partition is solved by an inkjet head having an aspect ratio of 1.3 or greater.
  • the present invention provides an inkjet head having a pressure chamber having a larger aspect ratio of a partition wall and less likely to be broken during manufacturing, a method for manufacturing the same, and an image forming apparatus provided with the inkjet head.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an image forming apparatus by an inkjet method.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of an inkjet head according to the first embodiment of the present invention used in the image forming apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2 showing an outline of a head chip included in the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2 showing an outline of a head chip included in the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an image forming apparatus by an inkjet method.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of an inkjet head according to the first embodiment of the present invention used in the image forming apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2 showing an outline of a
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the distance between adjacent pressure chambers (P), the width of the partition wall (W), and the height (t) of the partition wall with respect to the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • 6A to 6C are first process charts showing a process of manufacturing an inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • 7A to 7D are second process diagrams showing a process of manufacturing an inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • 8A-8D are third process diagrams showing a process of manufacturing an inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2 showing an outline of a head chip included in the inkjet head according to the second embodiment of the present invention.
  • 10A to 10C are first process charts showing a process of manufacturing an inkjet head according to a second embodiment of the present invention.
  • 11A to 11E are second process charts showing a process of manufacturing an inkjet head according to a second embodiment of the present invention.
  • 12A to 12C are a third process chart showing a process of manufacturing an inkjet head according to a second embodiment of the present invention.
  • the image forming apparatus according to the first embodiment of the present invention can be configured in the same manner as a known image forming apparatus by an inkjet method except that it has an inkjet head according to the present embodiment described later.
  • the image forming apparatus 100 includes an inkjet head 1, an ink supply apparatus 120, a conveying apparatus 130, and a main tank 140.
  • the inkjet head 1 has a plurality of nozzles for ejecting ink droplets onto a recording medium 150 such as paper which is a printed matter.
  • the inkjet head 1 is configured to supply a plurality of types of ink having different colors to specific nozzles.
  • the inkjet head 1 is arranged so as to be scannable in a direction crossing the transport direction X of the recording medium 150 on which an image is to be formed. The configuration of the inkjet head 1 will be described later.
  • the transport device 130 is a device for transporting the recording medium 150 to the inkjet head 1.
  • the transport device 130 includes, for example, a belt conveyor 131 and a rotatable feed roller 132.
  • the belt conveyor 131 is composed of rotatable pulleys 133a and 133b and endless belts 134 stretched on these pulleys 133a and 133b.
  • the feed roller 132 is arranged so as to sandwich the belt 134 and the recording medium 150 and feed the recording medium 150 onto the belt 134 at a position facing the pulley 133a on the upstream side in the transport direction X of the recording medium 150.
  • the ink supply device 120 is integrally arranged with the inkjet head 1.
  • the ink supply device 120 is arranged for each type of ink. For example, when using four color inks of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black), four ink supply devices 120 are arranged on the inkjet head 1.
  • Each ink supply device 120 is supplied with ink in the main tank 140 via a pipe 161 and a valve 164 connected to the main tank 140. Further, each ink supply device 120 communicates with a common ink chamber 2 described later of the inkjet head 1 via a tube 162, and is connected so that ink of each color can be supplied to an ink supply port 2a of a desired common ink chamber 2. There is.
  • the inkjet head 1 is also connected to the main tank 140 by a bypass tube 163 branching from the above tube 161.
  • a valve 164 that can switch and set the ink flow path is arranged in one or both of the pipe 161 and the bypass pipe 163.
  • the pipe 161 and the pipe 162, and the bypass pipe 163 are, for example, all flexible tubes.
  • the valve 164 is, for example, a three-way valve.
  • the main tank 140 is a tank for accommodating ink to be supplied to the inkjet head 1.
  • the main tank 140 is arranged separately from the inkjet head 1.
  • the main tank 140 has, for example, a stirring device (not shown).
  • the main tank 140 can be appropriately determined according to the image forming performance and the size of the image forming apparatus 100. For example, when the image forming speed of the image forming apparatus is 1 to 3 m 2 / min, the capacity of the main tank 140 is, for example, 1 L.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of the inkjet head 1 used in the image forming apparatus 100 described above.
  • the inkjet head 1 has a common ink chamber 2, a holding portion 3, a head chip 4, and a flexible wiring board 5.
  • the common ink chamber 2 is formed in a hollow substantially rectangular parallelepiped shape, and one surface facing the holding portion 3 is open.
  • An ink supply port 2a for supplying ink from the ink supply device 120 and an ink discharge port 2b for discharging ink to the ink supply device 120 are provided on one surface of the common ink chamber 2 facing the opening.
  • the common ink chamber 2 is provided with a filter inside, removes foreign matter from the ink supplied from the ink supply port 2a by the filter, and finely crushes air bubbles contained in the ink.
  • the holding portion 3 is formed in a substantially flat plate shape having an opening 3a in the substantially center, and is arranged so as to cover the opening of the common ink chamber 2.
  • the common ink chamber 2 is connected to one surface of the holding portion 3 so as to cover the opening 3a.
  • the head chip 4 is connected to the other surface of the holding portion 3 so as to cover the opening 3a.
  • the holding portion 3 communicates the common ink chamber 2 with the head chip 4 via the opening 3a.
  • An insertion hole 3b is provided on the outer peripheral portion of the holding portion 3.
  • the flexible wiring board 5 is inserted into the insertion hole 3b.
  • One end of the flexible wiring board 5 is connected to the wiring board 50 of the head chip 4, which will be described later. Further, the other end of the flexible wiring board 5 is pulled out to the common ink chamber 2 side by inserting the insertion hole 3b provided in the holding portion 3 from the other surface of the holding portion 3.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2 showing an outline of the head chip 4 included in the above-mentioned inkjet head 1
  • FIG. 4 is an outline of the head chip 4 included in the above-mentioned inkjet head 1. It is sectional drawing along the line BB in FIG.
  • the head chip 4 has a nozzle plate 10, an intermediate plate 20, a pressure chamber forming plate 30, a drive plate 40, and a wiring board 50. Further, the head chip 4 is laminated in the order of the nozzle plate 10, the intermediate plate 20, the pressure chamber forming plate 30, the drive plate 40, and the wiring board 50 from the ink ejection surface side.
  • a plurality of nozzle holes 11 are formed in the nozzle plate 10.
  • the nozzle hole 11 penetrates from one surface to the other surface of the nozzle plate 10.
  • the nozzle hole 11 has a cross-sectional shape narrowed so that the tip side serving as the ejection port has a small diameter, and the ink supplied from the common ink chamber 2 is ejected from the ejection port to the outside.
  • a plurality of nozzle holes 11 (for example, 500 to 2000) are provided in the nozzle plate 10 and arranged in a matrix.
  • the nozzle hole 11 communicates with the pressure chamber 31 formed in the pressure chamber forming plate 30 via the intermediate plate 20 laminated on the nozzle plate 10.
  • the intermediate plate 20 is arranged between the nozzle plate 10 and the pressure chamber forming plate 30.
  • the intermediate plate 20 is provided with a first communication hole 21 for communicating the nozzle hole 11 and the pressure chamber 31 provided in the pressure chamber forming plate 30 described later.
  • the first communication hole 21 is provided at a position corresponding to the nozzle hole 11 of the nozzle plate 10, and penetrates from one surface to the other surface of the intermediate plate 20.
  • the pressure chamber forming plate 30 has a plurality of pressure chambers 31 and a diaphragm 32.
  • the pressure chamber 31 is provided at a position corresponding to the nozzle hole 11 of the nozzle plate 10 and the first communication hole 21 of the intermediate plate 20. Further, the pressure chamber 31 penetrates from one surface to the other surface of the pressure chamber forming plate 30.
  • the pressure chamber 31 applies a discharge pressure to the ink discharged from the nozzle hole 11 due to its volume fluctuation.
  • a partition wall 33 is formed between the plurality of pressure chambers 31.
  • the partition wall 33 is entirely formed of a metal capable of electroplating such as nickel (Ni). As a result, the rigidity of the partition wall 33 can be increased, and the inkjet head 1 can be made into a stable structure that is not easily destroyed by vibration.
  • the diaphragm 32 is arranged so as to cover the opening on the side opposite to the intermediate plate 20 of the pressure chamber 31.
  • the diaphragm 32 is provided with a second communication hole 34 that communicates with the pressure chamber 31.
  • a drive plate 40 is arranged on one surface of the diaphragm 32 on the side opposite to the pressure chamber 31 side.
  • the drive plate 40 has a space 41 and a third communication hole 42 that communicates with the second communication hole 34.
  • the space portion 41 is arranged at a position facing the pressure chamber 31 with the diaphragm 32 sandwiched between them.
  • the actuator 60 is housed in the space 41.
  • the actuator 60 has a piezoelectric element 61, a first electrode 62, and a second electrode 63.
  • the first electrode 62 is laminated on one surface of the diaphragm 32.
  • An insulating layer may be arranged between the first electrode 62 and the diaphragm 32.
  • the piezoelectric element 61 is laminated on the first electrode 62 and is arranged for each pressure chamber 31 (each channel) at a position facing the pressure chamber 31 with the diaphragm 32 and the first electrode 62 sandwiched between them.
  • the piezoelectric element 61 is made of a material that deforms when a voltage is applied.
  • the piezoelectric element 61 is made of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT).
  • PZT lead zirconate titanate
  • the second electrode 63 is laminated on the surface of the piezoelectric element 61 opposite to the first electrode 62.
  • the second electrode 63 is connected to the wiring layer 51 provided on the wiring board 50, which will be described later, via the bump 64.
  • the film thickness of the piezoelectric element 61 is, for example, 10 ⁇ m or less.
  • the wiring board 50 has a wiring layer 51 and a silicon layer 52 on which the wiring layer 51 is formed on one surface.
  • the wiring layer 51 is connected to the bump 64 provided on the second electrode 63 via the solder 51a. Further, the outer edge portion of the wiring layer 51 is connected to the flexible wiring board 5. Further, a silicon layer 52 is arranged on one surface of the wiring layer 51 opposite to the drive plate 40. The silicon layer 52 is joined to the holding portion 3.
  • the wiring board 50 is provided with a fourth communication hole 53 penetrating the wiring layer 51 and the silicon layer 52.
  • the fourth communication hole 53 communicates with the common ink chamber 2 through the third communication hole 42 of the drive plate 40 and the opening 3a of the holding portion 3.
  • the ink in the common ink chamber 2 is pressed by the fourth communication hole 53 of the wiring board 50, the third communication hole 42 of the drive plate 40, and the second communication hole 34 of the diaphragm 32 which are communicated with each other.
  • An inlet that serves as a flow path for supplying to the chamber 31 is configured. The inlet plays a role of reducing the flow path resistance (flow rate) of the ink flowing into the pressure chamber 31 from the common ink chamber 2.
  • the first communication hole 21 of the intermediate plate 20 and the nozzle hole 11 of the nozzle plate 10 which are communicated with each other form an outlet for ejecting the ink in the pressure chamber 31 toward the recording medium 150.
  • the ink contained in the common ink chamber 2 passes through the inlet (that is, the fourth communication hole 53, the third communication hole 42, and the second communication hole 34) and passes through the pressure chamber 31. Flow into. Then, when a voltage is applied between the first electrode 62 and the second electrode 63, the piezoelectric element 61 operates and deforms (vibrates), and the diaphragm 32 deforms (vibrates) as the piezoelectric element 61 deforms. Vibrate. When the diaphragm 32 is deformed (vibrated), pressure for ejecting ink into the pressure chamber 31 is generated.
  • the ink in the pressure chamber 31 is pushed out to the outlets (that is, the first communication hole 21 and the nozzle hole 11), and is ejected from the tip of the nozzle hole 11 (nozzle opening) toward the recording medium 150. ..
  • the pressure chambers 31 are arranged at a high density in order to enable high-definition pattern formation.
  • the pressure chambers 31 are arranged at 300 dpi (the interval (P) between adjacent pressure chambers 31). It is arranged in a pattern of about 85 ⁇ m).
  • the width (W) of the partition wall 33 is about 25 ⁇ m to 30 ⁇ m, and the height of the partition wall 33 is high. It is desirable that the (t) is about 60 ⁇ m to 180 ⁇ m.
  • the inkjet head 1 When the inkjet head 1 has such a configuration, it is the ratio (t / W) of the height (t) of the partition wall to the width (W) of the partition wall, and the aspect ratio of the partition wall is 2.0 to 8.0. It becomes a degree.
  • the pressure chamber 31 has 75 dpi (interval (P) between adjacent pressure chambers 31). May be arranged in a pattern of about 320 ⁇ m). At this time, the height (t) of the partition wall 33 is about 50 ⁇ m to 180 ⁇ m. However, at this time, in order to form a common flow path (reservoir) of ink between the pressure chambers 31 and arrange the pressure chambers at a higher density, it is desirable that the width (W) of the partition wall 33 is about 25 ⁇ m. ..
  • the inkjet head 1 When the inkjet head 1 has such a configuration, it is the ratio (t / W) of the height (t) of the partition wall to the width (W) of the partition wall, and the aspect ratio of the partition wall is 1.3 to 4.5. It becomes a degree.
  • the aspect ratio of the partition wall As described above, in the present embodiment, by setting the aspect ratio of the partition wall to 1.3 or more, it is attempted to achieve both the arrangement of the pressure chamber at high density and the securing of the volume of the pressure chamber.
  • the distance (P) between the adjacent pressure chambers 31 means the distance between the centers of the adjacent pressure chambers 31, and the width (W) of the partition wall 33 is defined as. It means the minimum value of the distance between one surface of the partition wall 33 facing the pressure chamber and the other surface facing the space (pressure chamber or flow path) inside the adjacent inkjet head 1, and the height of the partition wall 33 ( t) is the length of the partition wall 33 in the direction in which the ejected ink flies (in the present embodiment, the end portion on the piezoelectric element 61 side (contact surface in contact with the vibrating plate 32) and the end portion on the outlet side (t). It means the distance) from the contact surface) in contact with the intermediate plate 20.
  • the height (t) of the partition wall 33 is substantially the same as the length (height) of the pressure chamber 31 in the direction in which the ejected ink flies.
  • the distance from the center of the pressure chamber to the center of the space (pressure chamber or flow path) is the smallest among the plurality of pressure chambers or flow paths arranged around a certain pressure chamber. It means space.
  • FIGS. 6 to 8 are explanatory views showing an example of a method for manufacturing an inkjet head according to the present embodiment.
  • the scales of some members are changed for easy understanding.
  • the adhesion layer 612, the second electrode layer 663, the piezoelectric layer 661, the first electrode layer 662, and the diaphragm layer 632 are formed on the substrate 610.
  • the substrate 610 can be a known substrate such as a silicon wafer, a glass substrate, a metal substrate, and a ceramics substrate.
  • the adhesion layer 612 is a layer for enhancing the adhesion of the second electrode layer 663 to the substrate 610, and includes titanium (Ti), tantalum (Ta), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and the like.
  • Ti titanium
  • Ta tantalum
  • Fe iron
  • Co cobalt
  • Ni nickel
  • the film thickness of the adhesion layer 612 may be, for example, 0.005 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less.
  • the second electrode layer 663 is formed on the surface of the adhesion layer 612 by sputtering a target made of platinum (Pt), iridium (Ir), palladium (Pd), ruthenium (Ru), an alloy thereof, or the like. Can be done.
  • the film thickness of the second electrode layer 663 may be, for example, 0.005 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less.
  • the piezoelectric layer 661 sputters a target made of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), or a sol-like solution containing the PZT material is applied to the surface of the second electrode layer 663 with a spin coater or the like. By applying, gelling, and then firing, a film can be formed on the surface of the second electrode layer 663.
  • the film thickness of the piezoelectric layer 661 may be, for example, 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the first electrode layer 662 can be formed on the surface of the piezoelectric layer 661 by sputtering a target made of a conductive material such as platinum (Pt).
  • the film thickness of the first electrode layer 662 may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • the surface of the first electrode layer 662 may be exposed by applying photosensitive polyimide or the like, or a target made of an inorganic material such as SiO 2 may be sputtered to form an insulating layer.
  • the vibrating plate layer 632 is made of copper (Cu), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), tantalum (Ta), tungsten (W), and silicon (Si) and their oxides and nitrides. By sputtering the target, a film can be formed on the surface of the first electrode layer 662 or the insulating layer.
  • the film thickness of the diaphragm layer 632 may be, for example, 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the first resist 635 is applied to the surface of the diaphragm layer 632.
  • a dry film resist having a film thickness of about 30 ⁇ m may be attached to the surface of the diaphragm layer 632.
  • the first resist 635 is exposed and developed to form the first resist pattern 636.
  • a cured film having a pattern having a shape corresponding to the cross-sectional shape in the width direction (direction parallel to the diaphragm 32) of the pressure chamber to be manufactured remains on the surface of the diaphragm layer 632. It may be formed so that the resist having a shape corresponding to the cross-sectional shape in the width direction of the partition wall and having an aspect ratio of 1.3 or more is removed.
  • the first resist pattern 636 is formed so that the cured film having a width of 60 ⁇ m remains on the surface of the diaphragm layer 632 and the resist having a width of 30 ⁇ m is removed.
  • the second resist 637 is then attached to the surface of the formed first resist pattern 636 as shown in FIG. 7A, exposed and developed as shown in FIG. 7B, and the second resist is developed.
  • the resist pattern 638 of is formed.
  • a dry film resist having a thickness of about 30 ⁇ m is further attached to the surface of the first resist pattern 636, and a cured film having the same shape as the first resist pattern 636 constitutes the first resist pattern 636. It is exposed and developed so that it is formed on the surface of the cured film.
  • the portion from which the resist has been removed is electroplated with a metal such as nickel (Ni) 633.
  • a metal such as nickel (Ni) 633.
  • Ni nickel
  • nickel sulfamate is formed in a nickel electroplating bath at a concentration of 300 to 700 g / L.
  • the electroformed bath is formed by previously stirring 10 to 30 g / L of boric acid and nickel chloride in pure water. After adjusting the pH to around 4 and the temperature from room temperature to about 60 ° C., the substrate immersed in the electroforming bath with a current of 1 to 10 A / dm 2 flowing through the anode in the electroforming bath was described above.
  • the metal is deposited on the portion from which the resist has been removed.
  • the precipitation rate increases as the temperature of the bathtub and the current density of the anode increase. For example, in order to ensure the precipitation inside the resist pattern, it is possible to adjust the precipitation rate at the initial stage of precipitation.
  • the metal 633 and the second resist pattern 638 are ground according to the height of the partition wall 33 to be manufactured, and the first resist pattern 636 and the second resist pattern 638 are removed.
  • the pressure chamber forming plate 30 having the space 631 to be the pressure chamber and the partition wall 33 derived from the metal 633 is formed.
  • the substrate 610 and the adhesion layer 612 are removed by grinding and etching, and photolithography and etching are known.
  • the second electrode layer 663 and the piezoelectric layer 661 are individualized by the method of.
  • the piezoelectric element 61 and the second electrode 63 are formed at positions corresponding to the respective spaces 631 serving as the pressure chamber.
  • the first electrode layer 662 can be the first electrode 62
  • the diaphragm layer 632 can be the diaphragm 32.
  • the first electrode layer 662 may be further processed to form an ink flow path, or the diaphragm layer 632 may be further processed to further form a second communication hole 34 (not shown in FIG. 8). You may.
  • an intermediate plate 20 in which the first communication hole 21 is formed and a nozzle plate 10 in which the nozzle hole 11 is formed are prepared, and the first communication hole 21 and the nozzle hole 11 are formed. Align the intermediate plate 20 and the nozzle plate 10 with an adhesive or the like to join them. Then, as shown in FIG. 8C, the joined intermediate plate 20 and the nozzle plate 10 are attached to the partition wall 33 and joined. As a result, the pressure chamber forming plate 30 having the pressure chamber 31 is formed.
  • the head chip 4 produced in this manner has a flexible wiring board 5 connected to a wiring board 50 and is connected to a common ink chamber 2 via a holding portion 3 to become an inkjet head 1.
  • a partition wall 33 having an aspect ratio of 1.3 or more can be produced by using a photoresist, and an inkjet head 1 having such a partition wall 33 can be produced.
  • the image forming apparatus has a first aspect ratio in that the partition wall 33 having an aspect ratio of 1.3 or more is formed by joining a plurality of partition wall members. Different from the embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2 showing an outline of a head chip 4 included in the inkjet head 1 according to the present embodiment.
  • the partition wall 33 is formed by joining a first partition wall member 33a in contact with the diaphragm 32 and a second partition wall member 33b in contact with the intermediate plate 20.
  • the first partition member 33a is formed of a metal capable of electroplating such as nickel (Ni) from the viewpoint of increasing the rigidity of the partition 33 and making the structure of the inkjet head a stable structure that is not easily destroyed by vibration. Has been done.
  • the second partition member 33b may be formed of the same type of material as the first partition member 33a, or may be formed of a different material.
  • the second partition member 33b may be formed of nickel (Ni) having high ink resistance from the viewpoint of increasing the durability of the inkjet head 1.
  • the second partition member 33b is preferably made of silicon, glass, or stainless steel, which is easy to microfabricate, from the viewpoint of manufacturing the inkjet head 1 at a lower cost and in a shorter time.
  • the method of joining the first partition member 33a and the second partition member 33b is not particularly limited, and may be an adhesive or a diffusion bond between metals.
  • the width of the joint surface of the first partition member 33a and the second partition member 33b is different from each other (see FIG. 12C).
  • the wider joint surface can absorb the misalignment between the first partition member 33a and the second partition member 33b at the time of alignment, so that the alignment at the time of joining can be performed. Is easy.
  • FIGS. 10 to 12 are explanatory views showing an example of a method for manufacturing an inkjet head according to a second embodiment of the present invention.
  • the scales of some members are changed for easy understanding.
  • the first layer is formed on the substrate 610 on which the adhesion layer 612, the second electrode layer 663, the piezoelectric layer 661, the first electrode layer 662, and the diaphragm layer 632 are formed.
  • the resist pattern 636 of No. 1 is formed (see FIGS. 6A to 6C).
  • a metal 933a such as nickel (Ni) is deposited on the portion of the first resist pattern 636 from which the resist has been removed by electroplating.
  • nickel sulfamate is formed in a nickel electroplating bath at a concentration of 300 to 700 g / L.
  • the electroformed bath is formed by previously stirring 10 to 30 g / L of boric acid and nickel chloride in pure water.
  • the substrate immersed in the electroforming bath with a current of 1 to 10 A / dm 2 flowing through the anode in the electroforming bath was described above.
  • the metal is deposited on the portion from which the resist has been removed.
  • the precipitation rate increases as the temperature of the bathtub and the current density of the anode increase. For example, in order to ensure the precipitation inside the resist pattern, it is possible to adjust the precipitation rate at the initial stage of precipitation.
  • the metal 933a and the first resist pattern 636 are ground and the first resist pattern 636 is removed to form the first partition member 33a.
  • the substrate 610 and the adhesion layer 612 are removed by grinding and etching, and photolithography and etching are known.
  • the second electrode layer 663 and the piezoelectric layer 661 are individualized by the method of.
  • the piezoelectric element 61 and the second electrode 63 are formed at positions corresponding to the respective spaces 631 serving as the pressure chamber.
  • the first electrode layer 662 can be the first electrode 62
  • the diaphragm layer 632 can be the diaphragm 32.
  • the first electrode layer 662 may be further processed to form an ink flow path, or the diaphragm layer 632 may be further processed to further form a second communication hole 34 (not shown in FIG. 10C). You may.
  • the member having the first partition wall member 33a, the diaphragm 32, the first electrode 62, the piezoelectric element 61, and the second electrode 63 produced in this manner is also referred to as a first chip member 941.
  • a silicon (Si) substrate 920 as a material for the intermediate plate 20 is prepared.
  • a third resist 935 is applied to one surface of the Si substrate 920 with a spin coater or the like, exposed and developed, and as shown in FIG. 11C, the third resist pattern is formed.
  • Form 936 a cured film having a pattern having a shape corresponding to the cross-sectional shape in the width direction (direction parallel to the intermediate plate 20) of the partition wall to be manufactured remains on the surface of the intermediate plate 20, and the pressure chamber remains. It may be formed so that the resist having a shape corresponding to the cross-sectional shape in the width direction of the above can be removed.
  • a third resist pattern 936 is formed so that the cured film having a width of 29 ⁇ m remains on the surface of the intermediate plate 20 and the resist having a width of 56 ⁇ m is removed.
  • the Si substrate 920 is etched using the third resist pattern 936 as a mask.
  • the etching may be dry etching using CHF 3 (trifluoromethane) gas, CH 4 (methane) gas, or the like, or wet etching.
  • the second partition member 33b having a width of 29 ⁇ m and a depth of 29 ⁇ m is formed on the Si substrate 920 by the etching.
  • the bottom portion of the Si substrate 920 on the side where the second partition member 33b is formed and the other surface of the Si substrate 920 are formed.
  • the first communication hole 21 is formed to communicate with the above.
  • the intermediate plate 20 having the second partition member 33b is produced.
  • a nozzle plate 10 on which the nozzle hole 11 is formed is prepared, the first communication hole 21 and the nozzle hole 11 are aligned, and the intermediate plate 20 and the nozzle plate 10 are adhered to each other. Paste and join with.
  • the member having the second partition member 33b, the intermediate plate 20, and the nozzle plate 10 produced in this manner is also referred to as a second chip member 942.
  • the first chip member 941 (see FIG. 10C) and the second chip member 942 produced above are combined with the first partition wall member 33a and the second chip member 942 of the first chip member 941.
  • the second partition wall member 33b of the above is aligned and joined.
  • FIG. 12C is an enlarged view showing a joint portion between the first partition member 33a and the second partition member 33b at this time.
  • the first partition member 33a and the second partition member 33b are formed so that the width of the joint surface of the first partition member 33a is larger than the width of the joint surface of the second partition member 33b. did.
  • the joint surface of the first partition member 33a can absorb the misalignment between the first partition member 33a and the second partition member 33b at the time of alignment, so that the alignment at the time of joining is easy. Is.
  • the width of the joint surface of the partition wall member means the minimum value of the distance between one side facing the pressure chamber and the other side facing the adjacent pressure chamber on the joint surface of the partition wall member. To do.
  • the drive plate 40 for partitioning the plurality of piezoelectric elements 61 and the wiring board 50 are attached and joined to form the head chip 4.
  • the head chip 4 produced in this manner has a flexible wiring board 5 connected to a wiring board 50 and is connected to a common ink chamber 2 via a holding portion 3 to become an inkjet head 1.
  • a plurality of partition wall members can be joined to produce a partition wall 33 having an aspect ratio of 1.3 or more, and an inkjet head 1 having such a partition wall 33 can be produced.
  • the first partition member 33a and the second partition member 33b are formed of different materials, but the first partition member 33a and the second partition member 33b are made of the same material. It may be formed.
  • the second bulkhead member 33b may be formed from metal by photoresist and electroplating.
  • the second partition member 33b including the region in contact with the intermediate plate 20 not only the etching of silicon but also the blasting treatment on the glass substrate and the second partition member 33b made of stainless steel or the like are attached to the intermediate plate 20. It may be formed by diffusion bonding or the like. Since these materials are easier to microfabricate than electroplating such as nickel (Ni), it is possible to manufacture the inkjet head 1 at a lower cost and in a shorter time.
  • the width of the first partition member 33a at the joint surface is made larger than the width of the second partition member 33b at the joint surface, but the width of the second partition member 33b at the joint surface is changed to the second. It may be larger than the width at the joint surface of the partition member 33a of 1. In any case, by setting the width of the first partition member 33a at the joint surface and the width of the second partition member 33b at the joint surface to be different, it is possible to facilitate the alignment at the time of joining.
  • the first partition member 33a in contact with the diaphragm 32 and the second partition member 33b in contact with the intermediate plate 20 are joined to form a partition 33 composed of two partition members.
  • the partition wall member 33a of 1 and the second partition wall member 33b may be joined via another partition wall member to form a partition wall 33 composed of three or more partition wall members.
  • the inkjet head of the present invention it is possible to achieve both the arrangement of the pressure chamber at high density and the securing of the volume of the pressure chamber. Therefore, according to the inkjet head of the present invention, it is possible to further improve the definition of the image to be formed and further reduce the cost of producing the inkjet head, and further popularize the inkjet head in fields such as image formation and pattern formation. Is expected to contribute.

Landscapes

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Abstract

本発明は、隔壁のアスペクト比がより大きい圧力室を有し、かつ作製時の破壊が生じにくいインクジェットヘッドを提供することを目的とする。本発明のインクジェットヘッドは、圧電体の作動により振動する振動板と、前記振動板の振動により体積が変動する圧力室と、を有する。前記圧力室は、前記振動板に接する領域が金属から形成された隔壁によって隣接する圧力室または流路から区画され、前記隔壁は、アスペクト比が1.3以上である。

Description

インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに画像形成装置
 本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに画像形成装置に関する。
 インクジェットプリンタ等に用いられるインクジェットヘッドとして、圧電体の作動により体積が変動する圧力室を備え、インク室から圧力室を介してノズル開口まで連通するインクの流路が設けられたものが知られている。
 特許文献1には、振動板の一面に圧電体を作製し、上記振動板の他面に複数の圧力室を区画する隔壁により構成される圧力室部材を作製し、その後、上記圧力室部材の上記隔壁とインク流路部材およびノズルプレートとを貼り合わせることにより、上記インクジェットヘッドを製造する方法が記載されている。なお、特許文献1には、振動板の上記他面にフォトレジストによるレジストパターンを形成した後に、圧力室部材(隔壁)を電気メッキにより作製することで、振動板の両面に圧電体および圧力室部材を一体的に作製できるため、圧電体と圧力室との位置合わせが容易になると記載されている。
特開2009-045871号公報
 インクを吐出するための十分な大きさの体積変動を圧力室中に生じさせるためには、圧力室そのものの体積が十分に大きいことが望ましい。そのため、高精細なパターン形成を可能とするために、圧力室をより高密度で配置しようとすると、高密度の配置により幅が狭まった圧力室の体積を、圧力室の高さを高くすることにより確保する必要がある。そして、圧力室の高さをより高くするためには、隔壁の高さをより高くする必要があり、そのためには、隔壁のアスペクト比(隔壁の幅(W)に対する隔壁の高さ(t)の割合(t/W))もより大きくする必要が生じる。一方で、圧力室の幅を大きくして隔壁の高さをより低くしようとすると、インク流路を圧力室間に形成する必要が生じ、隔壁の幅がより薄くなるため、やはり隔壁のアスペクト比をより大きくする必要が生じる。
 従来、このようなアスペクト比が高い隔壁は、SOI(Silicon  on  Insulator)基板の支持層をフォトリソグラフィーして深掘りエッチング(Deep-DIE)する方法や、活性層面方位が(110)であるSOI基板の支持層をウェットエッチングする方法などにより、作製されてきた。しかし、単結晶であるSiは、曲げ応力が欠陥部に集中すると劈開面に沿って容易に破断が進行するため、非常に脆弱で破壊されやすい。特に、圧力室を高密度で配置しつつ圧力室の体積吐出性を確保するために、振動板をより薄く形成して振動板のコンプライアンスを高めるときなどには、支持層をより深くエッチングする必要があり、支持層の残し厚もより薄くなるように加工する必要がある。シリコンウエハは一般的に、ウエハ端部をベベリング加工して欠陥部への応力集中を抑制しているが、支持層を薄板化したときは、ベベリングによっても破壊を十分には抑制できないことがある。そのため、従来の方法でアスペクト比が高い隔壁を作製しようとすると、製造中の破壊が生じやすく、生産効率が高まりにくい。
 一方で、特許文献1に記載のように、フォトレジストによるレジストパターンを用いて、ニッケル(Ni)などの電気メッキによりSiなどの基板の表面に隔壁を作製すれば、劈開面を有さない隔壁を作製できるため、曲げ応力などによる破壊は生じにくい。しかし、フォトレジストにより形成できるパターンのアスペクト比は1/1程度が限度であり、これより大きいアスペクト比を有する隔壁を作製することは困難である。
 本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、隔壁のアスペクト比がより大きい圧力室を有し、かつ作製時の破壊が生じにくいインクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに当該インクジェットヘッドを備える画像形成装置を提供することを、その目的とする。
 上記課題は、圧電体の作動により振動する振動板と、前記振動板の振動により体積が変動する圧力室と、を有するインクジェットヘッドであって、前記圧力室は、前記振動板に接する領域が金属から形成された隔壁によって隣接する圧力室または流路から区画され、前記隔壁は、アスペクト比が1.3以上である、インクジェットヘッドによって解決される。
 また、上記課題は、上記インクジェットヘッドを有する画像形成装置によって解決される。
 本発明により、隔壁のアスペクト比がより大きい圧力室を有し、かつ作製時の破壊が生じにくいインクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに当該インクジェットヘッドを備える画像形成装置が提供される。
図1は、インクジェット法による画像形成装置の構成を示す模式図である。 図2は、図1に示す画像形成装置に用いられる、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドの概要を示す分解斜視図である。 図3は、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドが有するヘッドチップの概要を示す、図2における線A-Aに沿った断面図である。 図4は、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドが有するヘッドチップの概要を示す、図2における線B-Bに沿った断面図である。 図5は、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドに関する、隣接する圧力室の間隔(P)、隔壁の幅(W)および隔壁の高さ(t)を示す概念図である。 図6A~図6Cは、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第1の工程図である。 図7A~図7Dは、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第2の工程図である。 図8A~図8Dは、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第3の工程図である。 図9は、本発明の第2の実施形態におけるインクジェットヘッドが有するヘッドチップの概要を示す、図2における線B-Bに沿った断面図である。 図10A~図10Cは、本発明の第2の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第1の工程図である。 図11A~図11Eは、本発明の第2の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第2の工程図である。 図12A~図12Cは、本発明の第2の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第3の工程図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
 [第1の実施形態]
 (画像形成装置およびインクジェットヘッド)
 本発明の第1の実施形態における画像形成装置は、後述の本実施形態に係るインクジェットヘッドを有する以外は公知のインクジェット法による画像形成装置と同様に構成することができる。
 画像形成装置100は、図1に示すように、インクジェットヘッド1と、インク供給装置120と、搬送装置130と、メインタンク140とを有している。
 インクジェットヘッド1は、インク滴を被印刷物である用紙などの記録媒体150に吐出するための複数のノズルを有する。たとえば、インクジェットヘッド1には、色の異なる複数種のインクがそれぞれ特定のノズルに供給されるように構成される。インクジェットヘッド1は、例えば、画像を形成すべき記録媒体150の搬送方向Xを横切る方向に走査自在に配置されている。インクジェットヘッド1の構成については後述する。
 搬送装置130は、インクジェットヘッド1に対して記録媒体150を搬送するための装置である。搬送装置130は、例えば、ベルトコンベア131と、回転自在な送りローラー132とを備える。ベルトコンベア131は、回転自在なプーリー133a、133bと、これらのプーリー133a、133bに張設されている無端状のベルト134と、から構成される。送りローラー132は、記録媒体150の搬送方向Xにおける上流側のプーリー133aに対向する位置に、ベルト134と記録媒体150を挟持してベルト134上に記録媒体150を送り出すように配置されている。
 インク供給装置120は、インクジェットヘッド1と一体的に配置されている。インク供給装置120は、インクの種類ごとに配置されている。たとえば、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)およびK(ブラック)の4色のインクを用いるときは、インク供給装置120は、インクジェットヘッド1に四つ配置される。
 各インク供給装置120は、メインタンク140に接続された管161および弁164を介して、メインタンク140内のインクを供給される。また、各インク供給装置120は、管162を介してインクジェットヘッド1の後述する共通インク室2と連通し、各色のインクを所望の共通インク室2のインク供給口2aへ供給可能に接続されている。
 インクジェットヘッド1は、上記の管161から分岐するバイパス管163によってメインタンク140にも接続されている。管161とバイパス管163との分岐点には、これら管161およびバイパス管163の一方または両方にインクの流路を切換、設定可能な弁164が配置されている。管161、管162、およびバイパス管163は、例えばいずれも可撓性を有するチューブである。弁164は、例えば三方弁である。
 メインタンク140は、インクジェットヘッド1に供給されるべきインクを収容するためのタンクである。メインタンク140は、インクジェットヘッド1とは分離して配置されている。メインタンク140は、例えば、不図示の撹拌装置を有している。メインタンク140は、画像形成装置100の画像形成性能や大きさなどに応じて適宜に決めることが可能である。たとえば、画像形成装置の画像形成速度が1~3m/分である場合、メインタンク140の容量は、例えば1Lである。
 図2は、上述した画像形成装置100に用いられるインクジェットヘッド1の概要を示す分解斜視図である。図2に示すように、インクジェットヘッド1は、共通インク室2と、保持部3と、ヘッドチップ4と、フレキシブル配線基板5と、を有している。
 共通インク室2は、中空の略直方体状に形成されており、保持部3と対向する一面が開口している。共通インク室2の上記開口と対向する一面には、インク供給装置120のインクを供給するためのインク供給口2aと、インクをインク供給装置120に排出するためのインク排出口2bが設けられている。共通インク室2は、内部にフィルタを備え、上記フィルタによりインク供給口2aから供給されたインクから異物を取り除くと共に、インク内に含有する気泡を細かく破砕する。
 保持部3は、略中央に開口部3aを有する略平板状に形成されており、共通インク室2の上記開口を覆うように配置されている。これにより、保持部3の一方の面には、開口部3aを覆うようにして共通インク室2が接続される。また、保持部3の他方の面には、開口部3aを覆うようにしてヘッドチップ4が接続される。保持部3は、開口部3aを介して、共通インク室2とヘッドチップ4とを連通させる。
 保持部3の外周部には、挿通孔3bが設けられている。挿通孔3bには、フレキシブル配線基板5が挿通される。フレキシブル配線基板5は、その一方の端部が、後述するヘッドチップ4の配線基板50に接続される。また、フレキシブル配線基板5は、その他方の端部が、保持部3に設けた挿通孔3bを保持部3の他方の面から挿通して、共通インク室2側に引き出される。
 図3は、上述したインクジェットヘッド1が有するヘッドチップ4の概要を示す、図2における線A-Aに沿った断面図であり、図4は、上述したインクジェットヘッド1が有するヘッドチップ4の概要を示す、図2における線B-Bに沿った断面図である。
 ヘッドチップ4は、ノズルプレート10と、中間プレート20と、圧力室形成プレート30と、駆動プレート40と、配線基板50とを有している。また、ヘッドチップ4は、インクの吐出面側から、ノズルプレート10、中間プレート20、圧力室形成プレート30、駆動プレート40、配線基板50の順に積層されている。
 ノズルプレート10には、複数のノズル孔11が形成されている。ノズル孔11は、ノズルプレート10の一面から他面にかけて貫通している。このノズル孔11は、吐出口となる先端側が小径となるように絞り込まれた断面形状を有し、共通インク室2から供給されたインクを吐出口から外部に吐出する。また、ノズル孔11は、ノズルプレート10に複数(例えば、500~2000個)設けられ、マトリックス状に配置されている。このノズル孔11は、ノズルプレート10に積層される中間プレート20を介して圧力室形成プレート30に形成された圧力室31と連通する。
 中間プレート20は、ノズルプレート10と、圧力室形成プレート30との間に配置される。中間プレート20には、ノズル孔11と後述する圧力室形成プレート30に設けた圧力室31とを連通する第1連通孔21が設けられている。この第1連通孔21は、ノズルプレート10のノズル孔11と対応する位置に設けられ、中間プレート20の一面から他面にかけて貫通している。
 圧力室形成プレート30は、複数の圧力室31と、振動板32とを有している。圧力室31は、ノズルプレート10のノズル孔11および中間プレート20の第1連通孔21と対応する位置に設けられている。また、圧力室31は、圧力室形成プレート30の一面から他面にかけて貫通している。圧力室31は、その体積変動によって、ノズル孔11から吐出されるインクに吐出圧力を付与する。また、複数の圧力室31の間には、隔壁33が形成されている。本実施形態において、隔壁33は、その全体がニッケル(Ni)などの電気メッキが可能な金属によって形成されている。これにより、隔壁33の剛性をより高くして、インクジェットヘッド1を振動によって破壊されにくく安定した構造とすることができる。
 振動板32は、圧力室31が有する中間プレート20とは反対側の開口を覆うように配置されている。振動板32には、圧力室31と連通する第2連通孔34が設けられている。振動板32における圧力室31側の一面と反対側の一面には、駆動プレート40が配置されている。
 駆動プレート40は、空間部41と、第2連通孔34と連通する第3連通孔42とを有している。空間部41は、振動板32を間に挟んで圧力室31と対向する位置に配置されている。空間部41には、アクチュエータ60が収容されている。
 アクチュエータ60は、圧電素子61と、第1電極62と、第2電極63とを有している。第1電極62は、振動板32の一面に積層されている。なお、第1電極62と振動板32との間には、絶縁層が配置されていてもよい。圧電素子61は、第1電極62に積層されて、振動板32および第1電極62を間に挟んで圧力室31と対向する位置に、圧力室31毎(チャネル毎)に配置される。
 圧電素子61は、電圧が印加されることによって変形する材料で構成されており、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの強誘電体材料で構成されている。また、圧電素子61における第1電極62とは反対側の面には、第2電極63が積層されている。第2電極63は、バンプ64を介して後述する配線基板50に設けられた配線層51と接続される。圧電素子61の膜厚は、たとえば10μm以下である。
 配線基板50は、配線層51と、配線層51が一面に形成されたシリコン層52とを有している。配線層51は、第2電極63に設けたバンプ64と、半田51aを介して接続される。また、配線層51の外縁部は、フレキシブル配線基板5に接続される。さらに、配線層51における駆動プレート40と反対側の一面には、シリコン層52が配置される。シリコン層52は、保持部3に接合される。
 また、配線基板50には、配線層51およびシリコン層52を貫通する第4連通孔53が設けられている。この第4連通孔53は、駆動プレート40の第3連通孔42と、保持部3の開口部3aを介して共通インク室2と連通する。
 本実施形態では、互いに連通された配線基板50の第4連通孔53、駆動プレート40の第3連通孔42、および振動板32の第2連通孔34により、共通インク室2内のインクを圧力室31に供給する流路となるインレットが構成される。インレットは、共通インク室2から圧力室31に流入されるインクの流路抵抗(流量)を絞る役割を担う。また、互いに連通された中間プレート20の第1連通孔21およびノズルプレート10のノズル孔11により、圧力室31内のインクを記録媒体150に向けて吐出するためのアウトレットが構成される。
 かかる構成を備えたインクジェットヘッド1では、共通インク室2に収容されたインクは、インレット(すなわち第4連通孔53、第3連通孔42および第2連通孔34)を通過して、圧力室31に流れ込む。そして、第1電極62と第2電極63との間に電圧が印加されることで、圧電素子61が作動して変形(振動)すると共に圧電素子61の変形に伴い、振動板32が変形(振動)する。この振動板32が変形(振動)することで、圧力室31内にインクを吐出するための圧力が発生する。かかる圧力の発生により、圧力室31内のインクは、アウトレット(すなわち第1連通孔21およびノズル孔11)に押し出され、ノズル孔11の先端(ノズル開口)から記録媒体150に向けて吐出される。
 上述したインクジェットヘッド1は、高精細なパターン形成を可能とするため、圧力室31を高密度で配置しており、たとえば、圧力室31を300dpi(隣接する圧力室31間の間隔(P)は約85μm)のパターンで配置している。このとき、インクを吐出するための十分な大きさの体積変動が可能な圧力室31の体積を確保するためには、隔壁33の幅(W)は25μm~30μm程度であり、隔壁33の高さ(t)は60μm~180μm程度であることが望ましい。
 インクジェットヘッド1がこのような構成をとるとき、隔壁の幅(W)に対する隔壁の高さ(t)の割合(t/W)であり、当該隔壁のアスペクト比は、2.0~8.0程度となる。
 なお、圧力室31の幅を大きくして隔壁33の高さを低くし、インクジェットヘッド1の大型化を抑制するために、圧力室31は、75dpi(隣接する圧力室31間の間隔(P)は約320μm)のパターンで配置されていてもよい。このとき、隔壁33の高さ(t)は50μm~180μm程度である。ただし、このとき、インクの共通流路(リザーバー)を圧力室31間に形成して圧力室をより高密度で配置するためには、隔壁33の幅(W)は25μm程度であることが望ましい。
 インクジェットヘッド1がこのような構成をとるとき、隔壁の幅(W)に対する隔壁の高さ(t)の割合(t/W)であり、当該隔壁のアスペクト比は、1.3~4.5程度となる。
 このように、本実施形態では、隔壁のアスペクト比を1.3以上とすることで、高密度での圧力室の配置と、圧力室の体積の確保と、を両立しようとするものである。
 なお、本明細書において、図5に示すように、隣接する圧力室31間の間隔(P)は、隣接する圧力室31の中心間の間隔を意味し、隔壁33の幅(W)は、当該隔壁33の、圧力室に面する一面と隣接するインクジェットヘッド1内部の空間(圧力室または流路)に面する他面との間の距離の最小値を意味し、隔壁33の高さ(t)は、当該隔壁33の、吐出されたインクが飛翔する方向への長さ(本実施形態では、圧電素子61側の端部(振動板32に接する接触面)とアウトレット側の端部(中間プレート20に接する接触面)との間の距離)を意味する。隔壁33の高さ(t)は、吐出されたインクが飛翔する方向への圧力室31の長さ(高さ)と略同値である。なお、隣接する空間は、ある圧力室の周囲に配置された複数の圧力室または流路のうち、当該圧力室の中心から当該空間(圧力室または流路)の中心までの距離が一番小さい空間を意味する。
 (インクジェットヘッドの作製)
 図6~図8は、本実施形態に関するインクジェットヘッドを作製する方法の一例を示す説明図である。なお、図6~図8では、理解の容易のため、一部の部材の縮尺を変更している。
 まず、図6Aに示すように、基板610上に、密着層612、第2電極層663、圧電体層661、第1電極層662、および振動板層632を形成する。
 基板610は、シリコンウエハ、ガラス基板、金属基板およびセラミックス基板などの公知の基板とすることができる。
 密着層612は、基板610への第2電極層663の密着性を高めるための層であり、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびクロム(Cr)ならびにこれらの合金などからなるターゲットをスパッタリングすることにより、基板610の表面に成膜させることができる。密着層612の膜厚は、たとえば0.005μm以上0.2μm以下であればよい。
 第2電極層663は、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、パラジウム(Pd)およびルテニウム(Ru)ならびにこれらの合金などからなるターゲットをスパッタリングすることにより、密着層612の表面に成膜させることができる。第2電極層663の膜厚は、たとえば0.005μm以上0.2μm以下であればよい。
 圧電体層661は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの強誘電体材料からなるターゲットをスパッタリングしたり、PZTの材料を含むゾル状の溶液をスピンコーターなどで第2電極層663の表面に塗布してゲル化させ、その後焼成したりすることにより、第2電極層663の表面に成膜させることができる。圧電体層661の膜厚は、たとえば1μm以上10μm以下であればよい。
 第1電極層662は、白金(Pt)などの導電性材料からなるターゲットをスパッタリングすることにより、圧電体層661の表面に成膜させることができる。第1電極層662の膜厚は、たとえば0.1μm以上0.5μm以下であればよい。なお、第1電極層662の表面には、感光性ポリイミドなどを塗布して露光したり、SiOなどの無機材料からなるターゲットをスパッタリングしたりすることにより、絶縁層を形成してもよい。
 振動板層632は、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、およびシリコン(Si)ならびにこれらの酸化物および窒化物からなるターゲットをスパッタリングすることにより、第1電極層662または絶縁層の表面に成膜させることができる。振動板層632の膜厚は、たとえば1μm以上10μm以下であればよい。
 その後、図6Bに示すように、振動板層632の表面に第1のレジスト635を塗布する。たとえば、膜厚30μm程度のドライフィルムレジストを、振動板層632の表面に貼りつければよい。
 次に、図6Cに示すように、第1のレジスト635を露光および現像して、第1のレジストパターン636を形成する。第1のレジストパターン636は、作製しようとする圧力室の幅方向(振動板32と平行となる方向)の断面形状に応じた形状のパターンを有する硬化膜が振動板層632の表面に残り、隔壁の幅方向の断面形状に応じた形状の、アスペクト比が1.3以上となる形状のレジストが除去されるように形成すればよい。本実施形態では、図6Cに示す断面図において、幅60μmの硬化膜が振動板層632の表面に残り、幅30μmのレジストが除去されるように、第1のレジストパターン636を形成する。
 本実施形態では、その後、図7Aに示すように、形成された第1のレジストパターン636の表面に第2のレジスト637を貼りつけ、図7Bに示すように、露光および現像して、第2のレジストパターン638を形成する。具体的には、膜厚30μm程度のドライフィルムレジストを、第1のレジストパターン636の表面にさらに貼りつけ、第1のレジストパターン636と同じ形状の硬化膜が第1のレジストパターン636を構成する硬化膜の表面に形成されるように、露光および現像する。
 次に、図7Cに示すように、第1のレジストパターン636および第2のレジストパターン638のうち、レジストが除去された部分に、電気メッキによりニッケル(Ni)などの電気メッキが可能な金属633を堆積させる。具体的には、まずニッケル電鋳浴に、スルファミン酸ニッケルを300~700g/Lの濃度で形成する。上記電鋳浴は、ホウ酸10~30g/Lおよび塩化ニッケルを予め純水中で攪拌して形成されている。pHを4付近、温度を常温から60℃程度に調整したのち、電鋳浴中のアノードに1~10A/dmの電流が流れるようにして、電鋳浴中に浸漬させた基板の、上記レジストが除去された部分に、上記金属を堆積させる。析出レートは、浴槽の温度やアノードの電流密度を上げると増える。たとえば、レジストパターン内部の析出を確実におこなうため、析出初期に析出レートを抑える調整が可能である。
 その後、図7Dに示すように、作製しようとする隔壁33の高さに応じて金属633および第2のレジストパターン638を研削し、第1のレジストパターン636および第2のレジストパターン638を除去することで、圧力室となる空間631および金属633に由来する隔壁33を有する圧力室形成プレート30が形成される。
 引き続き、図8A(図8Aでは、以前の図面に対して上下を反転している。)に示すように、基板610および密着層612を研削およびエッチングなどにより除去し、フォトリソグラフィーおよびエッチングなどの公知の方法により第2電極層663および圧電体層661を個別化する。これにより、圧力室となる空間631のそれぞれに対応した位置に、圧電素子61および第2電極63が形成される。また、第1電極層662は、第1電極62とすることができ、振動板層632は、振動板32とすることができる。このとき、第1電極層662をさらに加工してインク流路を形成してもよいし、振動板層632をさらに加工して第2連通孔34(図8には不図示)をさらに形成してもよい。
 次に、図8Bに示すように、第1連通孔21が形成された中間プレート20と、ノズル孔11が形成されたノズルプレート10とを用意し、第1連通孔21とノズル孔11とを位置合わせして中間プレート20とノズルプレート10とを接着剤などで貼り付けて接合させる。そして、図8Cに示すように、上記接合された中間プレート20およびノズルプレート10を、隔壁33に対して貼りつけて接合させる。これにより、圧力室31を有する圧力室形成プレート30が形成される。
 最後に、複数の圧電素子61を区画する駆動プレート40および配線基板50を貼りつけて、ヘッドチップ4とする。このようにして作製したヘッドチップ4は、フレキシブル配線基板5を配線基板50に接続され、保持部3を介して共通インク室2に接続されて、インクジェットヘッド1となる。
 上記方法により、フォトレジストを用いて、アスペクト比が1.3以上である隔壁33を作製することができ、このような隔壁33を有するインクジェットヘッド1を作製することができる。
 [第2の実施形態]
 (画像形成装置およびインクジェットヘッド)
 本発明の第2の実施形態における画像形成装置は、インクジェットヘッド1が有するアスペクト比が1.3以上である隔壁33が、複数の隔壁部材が接合してなるものである点において、第1の実施形態と相違する。
 図9は、本実施形態に関するインクジェットヘッド1が有するヘッドチップ4の概要を示す、図2における線B-Bに沿った断面図である。
 本実施形態において、隔壁33は、振動板32に接する第1の隔壁部材33aと、中間プレート20に接する第2の隔壁部材33bと、が接合してなる。
 第1の隔壁部材33aは、隔壁33の剛性をより高くして、インクジェットヘッドの構造を振動によって破壊されにくく安定した構造とする観点から、ニッケル(Ni)などの電気メッキが可能な金属から形成されている。
 第2の隔壁部材33bは、第1の隔壁部材33aと同種の材料から形成されていてもよいし、異なる材料から形成されていてもよい。たとえば、第2の隔壁部材33bは、インクジェットヘッド1の耐久性を高める観点から、インク耐性が高いニッケル(Ni)から形成されていてもよい。一方で、第2の隔壁部材33bは、より安価かつより短時間でインクジェットヘッド1の製造を行う観点から、微細加工が容易であるシリコン、ガラスまたはステンレス鋼から形成されていることも好ましい。
 第1の隔壁部材33aと第2の隔壁部材33bとの接合方法は、特に限定されず、接着剤によってもよいし、金属間の拡散接合によってもよい。
 本実施形態において、第1の隔壁部材33aと第2の隔壁部材33bとは、接合面の幅が互いから異なる(図12C参照)。これにより、後述するように、位置合わせ時の第1の隔壁部材33aと第2の隔壁部材33bとの位置ずれを、より幅が大きい接合面が吸収することができるため、接合時の位置合わせが容易である。
 (インクジェットヘッドの作製)
 図10~図12は、本発明の第2の実施形態に関するインクジェットヘッドを作製する方法の一例を示す説明図である。なお、図10~図12では、理解の容易のため、一部の部材の縮尺を変更している。
 本実施形態においては、第1の実施形態と同様に、密着層612、第2電極層663、圧電体層661、第1電極層662、および振動板層632を形成した基板610上に、第1のレジストパターン636を形成する(図6A~図6C参照)。
 次に、図10Aに示すように、第1のレジストパターン636のうち、レジストが除去された部分に、電気メッキによりニッケル(Ni)などの金属933aを堆積させる。具体的には、まずニッケル電鋳浴に、スルファミン酸ニッケルを300~700g/Lの濃度で形成する。上記電鋳浴は、ホウ酸10~30g/Lおよび塩化ニッケルを予め純水中で攪拌して形成されている。pHを4付近、温度を常温から60℃程度に調整したのち、電鋳浴中のアノードに1~10A/dmの電流が流れるようにして、電鋳浴中に浸漬させた基板の、上記レジストが除去された部分に、上記金属を堆積させる。析出レートは、浴槽の温度やアノードの電流密度を上げると増える。たとえば、レジストパターン内部の析出を確実におこなうため、析出初期に析出レートを抑える調整が可能である。
 その後、図10Bに示すように、金属933aおよび第1のレジストパターン636を研削し、第1のレジストパターン636を除去することで、第1の隔壁部材33aが形成される。
 その後、図10C(図10Cでは、以前の図面に対して上下を反転している。)に示すように、基板610および密着層612を研削およびエッチングなどにより除去し、フォトリソグラフィーおよびエッチングなどの公知の方法により第2電極層663および圧電体層661を個別化する。これにより、圧力室となる空間631のそれぞれに対応した位置に、圧電素子61および第2電極63が形成される。また、第1電極層662は、第1電極62とすることができ、振動板層632は、振動板32とすることができる。このとき、第1電極層662をさらに加工してインク流路を形成してもよいし、振動板層632をさらに加工して第2連通孔34(図10Cには不図示)をさらに形成してもよい。
 なお、以下、このようにして作製した、第1の隔壁部材33a、振動板32、第1電極62、圧電素子61および第2電極63を有する部材を、第1チップ部材941ともいう。
 引き続き、図11Aに示すように、中間プレート20の材料となるシリコン(Si)基板920を用意する。
 次に、図11Bに示すように、Si基板920の一方の面に、第3のレジスト935をスピンコーターなどで塗布し、露光および現像して、図11Cに示すように、第3のレジストパターン936を形成する。第3のレジストパターン936は、作製しようとする隔壁の幅方向(中間プレート20と平行となる方向)の断面形状に応じた形状のパターンを有する硬化膜が中間プレート20の表面に残り、圧力室の幅方向の断面形状に応じた形状のレジストが除去されるように形成すればよい。本実施形態では、図11Bに示す断面図において、幅29μmの硬化膜が中間プレート20の表面に残り、幅56μmのレジストが除去されるように、第3のレジストパターン936を形成する。
 次に、図11Dに示すように、第3のレジストパターン936をマスクとして、Si基板920をエッチングする。エッチングは、CHF(トリフルオロメタン)ガスおよびCH(メタン)ガスなどを用いるドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。本実施形態では、上記エッチングにより、幅29μm、深さ29μmの第2の隔壁部材33bが、Si基板920に形成される。
 さらに、図11Eに示すように、レジストパターンを形成してSi基板920をエッチングすることにより、第2の隔壁部材33bが形成された側のSi基板920の底部とSi基板920の他方の面とを連通する第1連通孔21を形成する。これにより、第2の隔壁部材33bを有する中間プレート20が作製される。
 引き続き、図12Aに示すように、ノズル孔11が形成されたノズルプレート10を用意し、第1連通孔21とノズル孔11とを位置合わせして中間プレート20とノズルプレート10とを接着剤などで貼り付けて接合させる。なお、以下、このようにして作製した、第2の隔壁部材33b、中間プレート20およびノズルプレート10を有する部材を、第2チップ部材942ともいう。
 次に、図12Bに示すように、上記作製した第1チップ部材941(図10C参照)と第2チップ部材942とを、第1チップ部材941の第1の隔壁部材33aと第2チップ部材942の第2の隔壁部材33bとを位置合わせして、接合させる。
 図12Cは、このときの第1の隔壁部材33aと第2の隔壁部材33bとの接合部を示す拡大図である。本実施形態では、第1の隔壁部材33aの接合面における幅が第2の隔壁部材33bの接合面における幅よりも大きくなるように、第1の隔壁部材33aおよび第2の隔壁部材33bを形成した。これにより、位置合わせ時の第1の隔壁部材33aと第2の隔壁部材33bとの位置ずれを、第1の隔壁部材33aの接合面が吸収することができるため、接合時の位置合わせが容易である。
 なお、本明細書において、隔壁部材の接合面における幅は、当該隔壁部材の接合面における、圧力室に面する一辺と隣接する圧力室に面する他辺との間の距離の最小値を意味する。
 その後、第1の実施形態と同様に、複数の圧電素子61を区画する駆動プレート40および配線基板50を貼りつけて接合させ、ヘッドチップ4とする。このようにして作製したヘッドチップ4は、フレキシブル配線基板5を配線基板50に接続され、保持部3を介して共通インク室2に接続されて、インクジェットヘッド1となる。
 上記方法により、複数の隔壁部材を接合させて、アスペクト比が1.3以上である隔壁33を作製することができ、このような隔壁33を有するインクジェットヘッド1を作製することができる。
 なお、上記方法では、第1の隔壁部材33aと第2の隔壁部材33bとを別の材料から形成していたが、第1の隔壁部材33aと第2の隔壁部材33bとは同種の材料から形成されてもよい。たとえば、フォトレジストおよび電気メッキにより、第2の隔壁部材33bを金属から形成してもよい。
 また、中間プレート20に接する領域を含む第2の隔壁部材33bは、シリコンのエッチングのみならず、ガラス基板へのブラスト処理や、ステンレス鋼などから作製した第2の隔壁部材33bを中間プレート20に拡散接合させることなどによって形成してもよい。これらの材料は、ニッケル(Ni)などの電気メッキと比較して微細加工がより容易であるため、インクジェットヘッド1の製造をより安価かつより短時間で行うことを可能とする。
 また、上記方法では、第1の隔壁部材33aの接合面における幅を第2の隔壁部材33bの接合面における幅よりも大きくしていたが、第2の隔壁部材33bの接合面における幅を第1の隔壁部材33aの接合面における幅よりも大きくしてもよい。いずれにせよ、第1の隔壁部材33aの接合面における幅と第2の隔壁部材33bの接合面における幅とを異なる幅とすることで、接合時の位置合わせを容易にすることができる。
 なお、本実施形態では、振動板32に接する第1の隔壁部材33aと、中間プレート20に接する第2の隔壁部材33bと、を接合して2つの隔壁部材からなる隔壁33としていたが、第1の隔壁部材33aと第2の隔壁部材33bとを、他の隔壁部材を介して接合させて、3つ以上の隔壁部材からなる隔壁33としてもよい。
 本発明のインクジェットヘッドによれば、高密度での圧力室の配置と、圧力室の体積の確保と、を両立することができる。そのため、本発明のインクジェットヘッドによれば、形成する画像のさらなる高精細化およびインクジェットヘッド作製のさらなる低コスト化を図ることができ、画像形成やパターン形成などの分野へのインクジェットヘッドのさらなる普及への貢献が期待される。
 1 インクジェットヘッド
 2 共通インク室
 2a インク供給口
 2b インク排出口
 3 保持部
 3a 開口部
 4 ヘッドチップ
 5 フレキシブル配線基板
 10 ノズルプレート
 11 ノズル孔
 20 中間プレート
 21 第1連通孔
 30 圧力室形成プレート
 31 圧力室
 32 振動板
 33 隔壁
 33a 第1の隔壁部材
 33b 第2の隔壁部材
 34 第2連通孔
 40 駆動プレート
 41 空間部
 42 第3連通孔
 50 配線基板
 51 配線層
 51a 半田
 52 シリコン層
 53 第4連通孔
 60 アクチュエータ
 61 圧電素子
 62 第1電極
 63 第2電極
 100 画像形成装置
 120 インク供給装置
 130 搬送装置
 131 ベルトコンベア
 132 送りローラー
 133a、133b プーリー
 134 ベルト
 140 メインタンク
 161、162 管
 163 バイパス管
 164 弁
 610 基板
 612 密着層
 631 圧力室となる空間
 632 振動板層
 633、933a 金属
 635 第1のレジスト
 636 第1のレジストパターン
 637 第2のレジスト
 638 第2のレジストパターン
 661 圧電体層
 662 第1電極層
 663 第2電極層
 920 シリコン(Si)基板
 935 第3のレジスト
 936 第3のレジストパターン
 941 第1チップ部材
 942 第2チップ部材
 

Claims (9)

  1.  圧電体の作動により振動する振動板と、前記振動板の振動により体積が変動する圧力室と、を有するインクジェットヘッドであって、
     前記圧力室は、前記振動板に接する領域が金属から形成された隔壁によって、隣接する圧力室または流路から区画され、
     前記隔壁は、アスペクト比が1.3以上である、
     インクジェットヘッド。
  2.  前記隔壁は、少なくとも前記振動板に接する領域がニッケル(Ni)を含む金属から形成された、請求項1に記載のインクジェットヘッド。
  3.  前記隔壁は、複数の隔壁部材が接合されてなる、請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。
  4.  前記複数の隔壁部材は、接合面の幅が異なる、請求項3に記載のインクジェットヘッド。
  5.  前記複数の隔壁部材は、シリコン、ガラスおよびステンレス鋼からなる群から選択される材料から形成された隔壁部材を含む、請求項3または4に記載のインクジェットヘッド。
  6.  レジストパターンへの金属の電気メッキにより、圧電体の作動により振動する振動板に接する隔壁部材を形成する工程と、
     他の部材を前記隔壁部材に張り付けて、アスペクト比が1.3以上である隔壁を有する圧力室を形成する工程と、を有する、インクジェットヘッドの製造方法。
  7.  前記レジストパターンは、前記振動板の表面に張り付けたレジストのうち、アスペクト比が1.3以上となる形状のレジストが除去されてなるパターンである、請求項6に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  8.  前記他の部材は、前記圧力室の前記振動板と対向する面を形成するプレートと、前記プレートに接して形成された隔壁部材と、を有し、
     前記圧力室を形成する工程は、前記他の部材が有する前記隔壁部材と、前記振動板に接する前記隔壁部材と、を含む複数の隔壁部材を接合させる工程を含む、
     請求項6に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  9.  請求項1~5のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドを有する、画像形成装置。
     
     
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5739832A (en) * 1994-11-24 1998-04-14 Pelikan Produktions Ag Droplet generator for generating micro-drops, specifically for an ink-jet printer
JP2004098535A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ並びにインクジェット記録装置
JP2006082448A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッドとインクカートリッジと画像記録装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法
JP2009045871A (ja) 2007-08-22 2009-03-05 Panasonic Corp インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法、及びインクジェット式記録装置
JP2009083286A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Brother Ind Ltd 液体移送装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4300565B2 (ja) * 2000-03-27 2009-07-22 富士フイルム株式会社 マルチノズルインクジェットヘッド及びその製造方法
JP2003136714A (ja) * 2001-11-05 2003-05-14 Hitachi Metals Ltd 液体吐出ヘッドおよびその製造方法
JP2006224445A (ja) * 2005-02-17 2006-08-31 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及びインクジェット記録装置
JP4662084B2 (ja) * 2008-07-25 2011-03-30 セイコーエプソン株式会社 液体吐出ヘッドおよび液体噴射装置
JP5724263B2 (ja) * 2010-09-16 2015-05-27 株式会社リコー インクジェットヘッド
JP6252013B2 (ja) * 2013-07-29 2017-12-27 セイコーエプソン株式会社 液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5739832A (en) * 1994-11-24 1998-04-14 Pelikan Produktions Ag Droplet generator for generating micro-drops, specifically for an ink-jet printer
JP2004098535A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ並びにインクジェット記録装置
JP2006082448A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッドとインクカートリッジと画像記録装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法
JP2009045871A (ja) 2007-08-22 2009-03-05 Panasonic Corp インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法、及びインクジェット式記録装置
JP2009083286A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Brother Ind Ltd 液体移送装置

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