JP2000309097A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

インクジェットプリントヘッド

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JP2000309097A
JP2000309097A JP2000116975A JP2000116975A JP2000309097A JP 2000309097 A JP2000309097 A JP 2000309097A JP 2000116975 A JP2000116975 A JP 2000116975A JP 2000116975 A JP2000116975 A JP 2000116975A JP 2000309097 A JP2000309097 A JP 2000309097A
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nozzle
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film
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JP2000116975A
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Anton Bruil
ブライル アントン
Paul Suhyuuwaa Marc
ポウル スヒューワー マルク
Joseph Hendricus Maria Van Den Byuutsuken Franciscus
ヨゼフ ヘンドリクス マリア ファン デン ビューツケン フランシスクス
Ralf-Peter Peters
ペータース ラルフ−ペーター
Yui In
ユイ イン
Holger Reinecke
ライネッケ ホルガー
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はより容易に、しかも高生産性で製造
可能である、インクジェットプリントヘッドを提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 ノズル（１８）に接続し、二つの対向す
る側壁（２０）間に形成された少なくとも一つのインク
通路（１６）と、上記側壁を相互に接続させる膜（２
２）と、上記膜（２２）を偏向させるために、上記膜
（２２）に隣接して配設されたアクチュエーティング手
段（２４）とを具備するインクジェットプリントヘッド
であって、上記側壁（２０）及び上記膜（２２）は一体
の部材（１４）により形成されたインクジェットプリン
トヘッドを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルに接続し、
二つの対向する側壁間に形成された少なくとも一つのイ
ンク通路と、前記側壁と相互接続する膜と、前記膜を偏
向させるために、前記膜に隣接して配設されたアクチュ
エーティング手段とを具備するインクジェットプリント
ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、欧州特許第Ａ０８１９５２４号
に開示された従来のプリントヘッドタイプは、並置され
た複数のインク通路を具備し、関連したノズルは直線ノ
ズルアレイを形成している。そのインク通路及びノズル
は、例えば、シリコンのような基板の表面に切削された
溝により形成される。さまざまなインク通路用の膜は連
続した薄いシートにより形成され、そのシートは基板の
上にかぶせ、溝の開放頂部側を覆う。このシートはイン
ク通路の側壁を形成する基板の領域に強固に結合してい
なければならない。アクチュエータは、共通の背面プレ
ートにより支えられ、膜の頂部表面に結合した夫々の自
由端部を有する圧電性指状突起（finger）により形成さ
れ、電圧を圧電性指状突起の個々に印加すると、対応す
る膜は液体インクを充填させた関連インク通路の体積を
収縮させ、その結果インク液滴がノズルから噴射され
る。
【０００３】米国特許第Ａ４６５７６３１号には、基板
の平坦面に形成された金属層の溝様構造により形成され
たインク通路のある別のタイプのプリントヘッドが開示
されている。よって、各インク通路の底壁は基板の一部
分により構成され、剛体側壁及び剛体頂部壁は金属層に
より形成される。アクチュエータは各インク通路の内部
に配設され、しかも基板面上に配設され、その結果、ア
クチュエータとインクとの間に介在する膜なしに、その
アクチュエータはインク液滴に直接晒される。このタイ
プのプリントヘッドは基板面上に感光層を形成し、露光
し、上記層を現像し、よってインク通路の隆起パターン
に対応する形を有する隆起パターンを形成し、その後、
その隆起が金属層に埋まるまでスパッタリングとその後
の電解めっきにより基板面に金属層を形成し、上記感光
性材料を剥離してインク通路を金属層に形成する段階に
より製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたものであり、より容易に、しかも高生産性
で製造可能である、ノズルに接続し、二つの対向する側
壁間に形成された少なくとも一つのインク通路と、上記
側壁に相互接続した膜と、上記膜を偏向させるために、
上記膜に隣接して配設されたアクチュエーティング手段
とを具備するインクジェットプリントヘッドを提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、ノズルに
接続し、二つの対向する側壁間に形成された少なくとも
一つのインク通路と、上記側壁に相互接続した膜と、上
記膜を偏向させるために、上記膜に隣接して配設された
アクチュエーティング手段とを具備するインクジェット
プリントヘッドであって、上記側壁と膜は一体の部材に
より形成されることを特徴とするインクジェットプリン
トヘッドより達成される。
【０００６】上記構成は、一方で、膜は非常に薄く製造
されるので、かなりの可撓性を有し、他方で、上記膜及
びインク通路の側壁を形成する部材は、全体として、比
較的高い構造上の強度を有しているという利点がある。
これにより、製造方法はすこぶる容易になり、高生産性
を達成することが可能となる。
【０００７】本発明のより具体的な特徴は、従属請求項
に示されている。
【０００８】膜及び複数のインク通路の側壁を形成する
一体の部材は、エレクトロフォーミングのような成長方
法で得られる金属ホイルであることが好ましい。これに
は、膜が非常に薄く製造でき、その厚さが高精度に制御
可能であるという利点を有する。さらに、そのホイルは
基板面に直接形成されるので、基板と、膜及びインク通
路の側壁を形成する金属ホイルとを含む完全な通路プレ
ートを形成するために、組立工程及び分離結合工程は必
要ない。
【０００９】光リソグラフィー技法の手段により適当に
形付けられたフォトレジストの表面に金属ホイルを形成
することにより、膜及びインク通路の側壁だけでなく、
適当なサイズ及び形のあるノズルを形成するホイルの３
次元構造を得ることが可能である。インク通路の軸に垂
直な平面でのホイルの断面は、二つの隣接するインク通
路の側壁を形成するホイル部分間に形成されたスペース
を有した、蛇行したような形である。上記構造は、隣接
インク通路間の機械的及び音響的カップリングの量を非
常に減少させ、プリントヘッドのさまざまな通路間のク
ロストークを顕著に減少させる。加えて、ホイルのこの
断面形は、通路プレートの熱膨張が基板の材料、例え
ば、シリコンのみにより制御され、その基板は、プリン
トヘッドがホットメルトインクに利用された際には有用
であり、したがって、高温度で作動するという効果を有
する。
【００１０】ノズルが３次元構造のホイルにより直接形
成されるので、プリントヘッドのフロントノズルの機械
的仕上げは必要ない。
【００１１】ホイルが後の製造工程にて適用される基板
面に薄い金属層を設けることにより、インク通路、さら
により重要には、ノズルもたった一つのタイプの材料、
つまり金属により完全に囲繞される設計が可能となり、
液滴形成での方向性はノズルを形成する壁の接着性の差
異により影響を受けることはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施態様を添付図
面とともに、以下に説明する。
【００１３】図１に示すように、インクジェットプリン
トヘッドはシリコンからなる基板１２を有する通路プレ
ート１０と、基板１２の平坦頂部面に形成された３次元
構造の金属ホイル１４とを具備する。そのホイル１４
は、並置され、それぞれがノズル１８に収束する複数の
平行なインク通路１６を形成し、そのノズルは基板１２
のフロント側に沿って直線アレイを構成する。
【００１４】各インク通路１６は一対の対向側壁２０を
有し、その側壁は膜２２により相互に接続している。そ
の膜２２は基板１２に対向するインク通路の頂部壁を形
成する。全インク通路１６の側壁２０及び膜２２は、一
体の部材により、つまり、金属ホイル１４により一体化
した形に形成されている。
【００１５】さらに、プリントヘッドは、図１にはたっ
た一つのみ示す圧電性アクチュエータ２４の複数を具備
する。そのアクチュエータ２４は夫々の膜２２に配設さ
れ、その結果、アクチュエータ２４が給電されると、膨
張ストロークを実行し、膜２２はインク通路の内部へと
曲がる。したがって、インク通路が液体インクで充填さ
れていると、インク液滴はノズル１８から噴射される。
【００１６】さらに、ホイル１４はノズル１８が形成さ
れるフロント壁２６をも形成する。各ノズルはホイル１
４の一体化部分でもあるファンネル部分２８により、関
連するインク通路１６と接続している。さらに、ホイル
１４は、フロント壁２６の構造的強度を改善させるため
に、フロント壁２６により部分的にカットされ、ノズル
１８間に設けたクレータのような強化部材３０をも形成
する。
【００１７】図２及び図３からさらに明らかに分かるよ
うに、ホイル１４は、隣接インク通路の各対の側壁２０
間に形成されたＶ形凹状空間３２があり、インク通路１
６の長手方向に垂直な平面にて蛇行したような断面形を
有する。したがって、個々のアクチュエータ２４が給電
され、音響圧力波が関連するインク通路１６に含有され
るインク液体にて発生すると、空間３２により隣接イン
ク通路へ上記圧力波が伝播するのを防ぎ、その結果、さ
まざまな通路間でのクロストークが回避される。加え
て、蛇行した形の断面のため、ホイル１４は膨張蛇腹の
ように振舞い、全体として、通路プレート１０がゆがま
ずに、基板１２の熱膨張に適応させることができる。他
方、垂直な圧力に晒されると、ホイルの厚さが数μｍで
あっても、ホイル１４は比較的高い強度を有し、驚くべ
きほどに丈夫である。
【００１８】典型的な実施態様では、膜２２を形成する
部分でのホイルの厚さは３から３０μｍ、好ましくは精
度±１μｍで１５μｍである。これにより、膜２２の高
い可撓性が保証され、アクチュエータ２４の機械的エネ
ルギーは、容易にインク液体に伝播する。高精度な膜の
厚さにより、全インク通路の一様な性能が保証される。
【００１９】図３は、本発明の変更実施態様を示し，外
に向かって突出する隆起、つまりバンプ３４は、各膜２
２の長手方向の中心線に沿って形成され、アクチュエー
タ２４の幅が比較的大きくても、ホイル材料にほとんど
ひずみがなく、膜の偏向がかなり大きく可能となる。
【００２０】通路プレート１０の製造方法を、図４から
図９とともに説明する。
【００２１】先ず、図４に示すように、金属、例えば、
ニッケル若しくはニッケル合金の薄層３６が基板１２の
平坦頂部面に形成される。その層３６は、基板のノズル
側に直接隣接する部分３８以外と、各インク通路の後端
部付近の穴４０以外で、基板の全面を覆う。その後、３
次元構造のフォトレジスト４２を基板及び層３６に、光
リソグラフィ技術により塗布する。フォトレジスト４２
の形は、図２に示すホイル１４の底側のレリーフに対応
している。
【００２２】次の工程では、ホイル１４が層３６の表面
とフォトレジスト４２の表面に、ニッケルエレクトロフ
ォーミング方法により形成される。その結果を図６に示
す。次に、図７に示すように、エッチング、レーザドリ
ル、パウダーブラストなどにより、インク供給通路４４
が基板１２に形成される。
【００２３】図８の通路プレートのノズル面４６を形成
するために、基板１２、フォトレジスト４２及びホイル
１４にてダイシングカットが実行される。このダイシン
グカット面はホイル１４のフロント壁２６からわずかに
ずれており、小さな水平フランジ４８がフロント壁２６
の上端部に沿って形成される。
【００２４】最後に、フォトレジスト４２が除去され、
インク通路１６及びノズル１８が、図９に示すように形
成される。インク通路は層３６に形成された穴４０を介
して、インク供給通路４４と連通している。さらに、図
９に示すように、層３６のフロント端部は、ノズル１８
の壁の上端部及び外端部として、同じ長手位置に配置さ
れ、ノズル１８のマウスは基板１２の面に垂直な面に位
置し、フロント壁２６の主要部から若干後退している。
結果として、液滴はインク通路の長手方向ときちんと整
列した方向に噴射され、ノズル面の表面仕上げをする必
要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインクジェットプリントヘッドの
本質的部分の斜視図である。
【図２】説明目的のために、基板の部分を除去したプリ
ントヘッドの底面斜視図である。
【図３】本発明の変更例によるプリントヘッドのインク
通路を形成する部材の断面図である。
【図４】本発明によるプリントヘッドを製造する一連の
段階の一部を説明する図である。
【図５】本発明によるプリントヘッドを製造する一連の
段階の一部を説明する図である。
【図６】本発明によるプリントヘッドを製造する一連の
段階の一部を説明する図である。
【図７】本発明によるプリントヘッドを製造する一連の
段階の一部を説明する図である。
【図８】本発明によるプリントヘッドを製造する一連の
段階の一部を説明する図である。
【図９】本発明によるプリントヘッドを製造する一連の
段階の一部を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 通路プレート １２ 基板 １４ 金属ホイル １６ インク通路 １８ ノズル ２０ 側壁 ２２ 膜 ２４ 圧電性アクチュエータ ２６ フロント壁 ２８ ファンネル部分 ３０ 強化部材 ３２ Ｖ形凹状空間 ３４ バンプ ３６ 金属の薄層 ３８ 基板のノズル側に直接隣接する部分 ４０ 穴 ４２ フォトレジスト ４４ インク供給通路 ４６ ノズル面 ４８ フランジ
フロントページの続き (72)発明者 フランシスクス ヨゼフ ヘンドリクス マリア ファン デン ビューツケン オランダ国，5986 アーアー ベリンゲ, ホーフストラート 25番地 (72)発明者 ラルフ−ペーター ペータース ドイツ連邦共和国，51467 ベルギッシュ −グラドバハ，ツム・ヴァッシュバハ 23 ａ番地 (72)発明者 イン ユイ ドイツ連邦共和国，44227 ドルトムント, アム・シュポルケル 41番地 (72)発明者 ホルガー ライネッケ ドイツ連邦共和国，44287 ドルトムント, ケルン−ベルリーナー・シュトラーセ（番 地なし)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ノズル（１８）に接続し、二つの対向す
    る側壁（２０）間に形成された少なくとも一つのインク
    通路（１６）と、 前記側壁を相互に接続させる膜（２２）と、 前記膜（２２）を偏向させるために、前記膜（２２）に
    隣接して配設されたアクチュエーティング手段（２４）
    とを具備するインクジェットプリントヘッドであって、 前記側壁（２０）及び前記膜（２２）は一体の部材（１
    ４）により形成されることを特徴とするインクジェット
    プリントヘッド。
  2. 【請求項２】 前記一体の部材（１４）は金属からなる
    請求項１記載のインクジェットプリントヘッド。
  3. 【請求項３】 前記一体の部材（１４）は成長方法によ
    り得られた部材である請求項１又は２記載のインクジェ
    ットプリントヘッド。
  4. 【請求項４】 前記一体の部材はエレクトロフォーミン
    グにより得られた金属ホイル（１４）である請求項２又
    は３記載のインクジェットプリントヘッド。
  5. 【請求項５】 前記膜（２２）に対向するインク通路
    （１６）の側は一体の部材（１４）が成長する基板によ
    り閉塞されている請求項３又は４記載のインクジェット
    プリントヘッド。
  6. 【請求項６】 前記ノズル（１８）及び前記インク通路
    （１６）を前記ノズル（１８）に接続させるファンネル
    部分（２８）は、前記一体の部材（１４）によりさらに
    形成される請求項１乃至５のうち何れか１項記載のイン
    クジェットプリントヘッド。
  7. 【請求項７】 前記インク通路（１６）、前記ファンネ
    ル部分（２８）及び前記ノズル（１８）を画成する前記
    基板（１２）の部分は、一体の部材（１４）と同じ材料
    からなる層（３６）で覆われる請求項５又は６記載のイ
    ンクジェットプリントヘッド。
  8. 【請求項８】 並置された複数のインク通路（１６）を
    具備し、関連するノズル（１８）は直線アレイを構成
    し、前記一体の部材は側壁（２０）及び複数のインク通
    路の膜（２２）を形成する連続した金属ホイル（１４）
    であり、前記インク通路に垂直な面で蛇行した形の断面
    を有する請求項１乃至７のうち何れか１項記載のインク
    ジェットプリントヘッド。
  9. 【請求項９】 前記金属ホイル（１４）はフロント壁
    （２６）を形成し、ノズル（１８）の直線アレイが形成
    され、個々のノズル（１８）のマウスはフロント壁（２
    ６）に対して後退している請求項８記載のインクジェッ
    トプリントヘッド。
  10. 【請求項１０】 アクチュエーティング手段（２４）は
    前記膜（２２）の中心部に形成された外に向かって突出
    したバンプ（３４）と係合する請求項１乃至９のうち何
    れか１項記載のインクジェットプリントヘッド。
JP2000116975A 1999-04-19 2000-04-18 インクジェットプリントヘッド Pending JP2000309097A (ja)

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EP99201243:5 1999-04-19
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