JP2001038897A - 記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電力型のインクジェットヘッドにおいて、
集積度をさらにあげ、小型高密度、低電圧駆動を可能と
し、低コスト、安定噴射を可能にする。 【解決手段】 記録体の流路７を形成する天板４と振動
板５が一体となって形成された記録体流路部材と、該記
録体流路部材の各流路７に対応して設けられた電極２を
形成した基盤１とから成り、該基板を前記記録体流路部
材に一体的に接合し、前記電極２と前記振動板５との間
に電圧を印加することにより、前記振動板５を静電気力
により振動させることにより、前記流路７からノズル６
を通して記録体を噴射して、画像を形成する。前記基盤
１は前記振動板５に対応した面が緩やかなＶ字状面を形
成して前記記録体流路部材の振動板５にギャップ１０を
もってに接合されており、これにより、集積度をさらに
あげ、小型高密度、低電圧駆動を可能とし、低コスト、
安定噴射を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録ヘッド、より
詳細には、インクジェットプリンタの記録ヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電力を利用したインクジェット
ヘッドには、例えば、特開平７−１３２５９８号公報に
記載のものがある。それによると、インク流路の一部に
設けられた振動板と、その振動板に対向してインク流路
の外側に設けられた電極とから構成され、前記振動板と
電極に電圧を印加し、振動板を変形して流路に圧力を発
生させ、インクを吐出するものである。

【０００３】上述のごとき静電力型のインクジェットヘ
ッドにおいては、駆動電圧を低く設定したい場合は、前
記振動板と電極との間のギャップを小さくする必要があ
る。しかし、ギャップを小さくし過ぎると振動板と電極
が接触し、破壊するなどの不具合が発生することがあ
る。また、ギャップが少しでも大きくなると、高い電圧
が必要となるなど安定性に欠けるところがあった。さら
に、小型・高密度にするために流路の幅、振動板の幅な
どを小さくしていくと、ますます、高電圧、狭ギャップ
が要求され、製作が困難になってきている。これを解決
するために、本出願人は、先に、特開平９−１９３３７
５号公報において、振動板と電極を非平行とし、狭いギ
ャップとなったところに静電力が均一に強く作用するよ
うにして、安定したインクの吐出ができるインクジェッ
トヘッドを提案した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】静電力型のインクイン
クジェットヘッドにおいて低電圧駆動を実現するには、
前記ギャップをなるべく小さくすることが必要であり、
少なくとも５μｍ以下に作り込むことになる。その場
合、振動板となる薄い膜の平面度、ひずみや、ギャップ
を形成する段差（又はギャップスペーサ）の誤差などに
より前記ギャップの長さが変動する。前記振動板と電極
に働く力はギャップの長さの２乗に反比例する。従っ
て、少しの誤差が大きな力の差になって振動板の変位力
が違ってくる。

【０００５】インクの吐出体積を確保するにはある程度
の振動板面積が必要であるが、前記ギャップの長さがば
らついていると、一番小さいギャップのところが大きな
静電引力を受け、梁の強さに応じてたわむことになる。
すなわち、ギャップのばらつきにより各ノズルに対応し
た振動板の変位する場所、及び、変位量が違ってくるこ
とになる。この現象はインク吐出の不安定さを大きくし
たり、応答周波数に影響する。

【０００６】本発明は、上述のごとき静電力型のインク
ジェットヘッドにおいて、集積度をさらにあげ、小型高
密度、低電圧駆動を可能とし、低コスト、安定噴射を可
能にしたものである。

【０００７】本発明は、前記ギャップを挟む振動板と電
極を非平行に設けて、ギャップ誤差により生じる変位力
の差を少なくするものであり、さらには、非平行部を複
数設けることによりより強い力を発生させるものであ
る。

【０００８】また、振動板の急激な変位により流路又は
液室のインクが減圧し、インク中に気泡を発生すること
があるが、別の発明では、これを防止するために、イン
クの流れる方向に振動板が順次変位するように、前記ギ
ャップを非平行に形成したものであり、さらに、別な効
果として、ノズルからの空気引き込みを防止できるよう
にしたものであり、さらには、作用する静電気力をさら
に強くし、低電圧化、特に、電池駆動ができるようにし
たものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、記録体の流路
を形成する天板と振動板が一体となって形成された記録
体流路部材と、該記録体流路部材の各流路に対応して設
けられた電極を形成した基盤とから成り、該基板を前記
記録体流路部材に一体的に接合し、前記電極と前記振動
板との間に電圧を印加することにより、前記振動板を静
電気力により振動させることにより、前記流路から記録
体を噴射して画像を形成する記録ヘッドにおいて、前記
基盤は、前記振動板に対応した面が緩やかなＶ字状面を
形成して前記記録体流路部材に接合されていることを特
徴とし、もって、集積度をさらにあげ、小型高密度、低
電圧駆動を可能とし、低コスト、安定噴射を可能とした
ものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】（請求項１の発明）図１は、本発
明による記録ヘッドの一実施例を説明するための要部断
面図で、図１（Ａ）は側断面図、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図で、図中、１は基板、２は電
極、３は保護膜、４は天板、５は振動板、６はノズル、
７は記録体の流路（液室）、８はインク供給口、９は流
体抵抗部、１０は振動板５と電極２との間に形成された
ギャップで、矢印はインクの供給方向を示す。基板１
は、例えば、セラミックス、ガラス、またはシリコンな
どで構成されており、その上面には電極２が形成されて
いる。この電極２は各々のノズル６または流路（液室）
７に対応し、個別電極として作用するようになってい
る。個別電極２の上には保護膜３が施されている。

【００１１】個別電極２に対応して振動板５が天板４に
密着形成されている。天板４は、例えば、シリコンにエ
ッチングしてインク流路７を形成している。ノズル６は
各インク流路７に対応して該インク流路７に直角に設け
られている、いわゆる、エッジシュータ方式のヘッドを
構成している。また、天板４は流体抵抗部９及びインク
供給口８を形成している。

【００１２】図２は、本発明の特徴であるギャップ１０
の構成及び動作を説明するための拡大断面図で、図２
（Ａ）に示すように、基盤１の面上に緩やかなＶ字状斜
面が形成され、そのＶ字状斜面に電極２と保護膜３が各
流路７に沿って形成されている。例えば、Ｖ字の谷部の
最大ギャップを１０μｍ、Ｖ字の長さを２０００μｍと
すると、傾斜面角度θは約０．６度となる。

【００１３】振動板５は、厚さ５〜１０μｍのたとえ
ば、ポリイミドフィルムなどで構成され、天板４に接着
され、インク流路７を形成している。電極２と振動板５
との間に電圧を印加すると、電極２と振動板５との間に
静電力が発生するが、この静電力がもっとも強く働くと
ころは角度θを形成する狭ギャップ部分である。図２で
説明すると、図２（Ａ）の状態から図２（Ｂ）に示す状
態に振動板５が変位し、静電力と振動板５のたわみ力と
がつりあったところ、つまり、図２（Ｃ）のところまで
変位する。

【００１４】本発明によると、上記ギャップ１０は、左
右２箇所にもっとも強く静電力が働く部分が有り、これ
によって振動板５の変位量を大きくすることができる。
従って、同じ変位量を得るのに、従来に比べて、低電圧
にできることになる。また、ノズルの並び方向に直角に
Ｖ字状面を形成できるため、角度θを小さくでき、同じ
電圧に比較して、より強い静電力を得ることができる
（ノズルの並び方向にＶ字状面を形成すると、ノズルの
集積度によりピッチが決まり、たとえば、１５０ｄｐｉ
のノズル列を形成しようとすると、前述のＶ字の長さ２
０００μｍが１００〜１５０μｍ位になる）。

【００１５】（請求項２の発明）図３は、本発明の他の
実施例を説明するための断面図で、この実施例は、前述
のＶ字状斜面の角度、つまり、θの値を左右で変えたも
のである。図４は、その時の振動板５の変位を模式的に
あらわしたものである。まず、振動板５と電極２との間
に電圧を印加し、振動板５を変位させ、流体抵抗部９は
変位した振動板５が元に戻るとき、インク流路７に圧力
が発生し、その圧力によってノズル６からインク滴を吐
出するが、流体抵抗部９はその時の吐出効果を高める作
用をする。インクの供給だけを考えると、この流体抵抗
部９はないほうがよいといえる。つまり、振動板５が変
位すると、インク流路７は減圧し、流体抵抗部９を通し
てインクが供給される。このとき、流路抵抗部９は、こ
のインクの流入を阻止する働きをすることになる。流体
抵抗部９の大きさは、ノズル径、インクの粘性などの特
性によって決定されるものである。また、インク液室７
内に急激な圧力変動が発生するとノズル６から空気を引
き込んだりインク液室７内に気泡を発生させたり、条件
により種々の不具合が発生していた。

【００１６】図３に示した発明は、これらの不具合を解
消し、安定な吐出を行う記録ヘッドを提供するもので、
好ましくは、ノズル６側に位置する角度θを大きくする
ことにより、図４（Ａ）に示す状態から図４（Ｂ）に示
す状態に振動板５が変位し、インクの流れが、インク供
給口８側からノズル６側へスムースに行われ、周波数特
性の向上、メニスカスからの空気引き込みなどが起きに
くくなり、安定した噴射ができる。

【００１７】（請求項３の発明）図５は、本発明の他の
実施例を説明するための断面図、図６（Ａ）〜図６
（Ｃ）は、その動作を模式的に示す図で、この実施例
は、前述のＶ字状面の片方の面を振動板５に平行に形成
し、図３に示した構成よりさらにスムースなインクの流
れを作ることができ、より周波数特性を向上、空気の引
き込みを少なくなるようにしたものである。ただし、振
動板５と電極２とのなす角度θは、図６（Ｃ）に示すよ
うに、図３に示した実施例より大きくなり、振動板５の
変位量がやや小さくなる。どのように選択するかはイン
クの特性（粘度など）、噴射するインク滴の体積、その
他の条件により適宣決めて、最適な構成のものとするこ
とができる。

【００１８】（請求項４の発明）図７は、本発明の他の
実施例を説明するための要部拡大断面図で、この実施例
は、図７に示すように、電極２の幅Ｗ１を振動板５の幅
Ｗ２より小さく形成したものである。電極２の幅Ｗ１は
広いほど振動板５に作用する力の大きさが大きくなる。
しかし、その力を振動板５に有効に作用させるためには
振動板５より小さく形成するようにしたほうが良い。ま
た、静電容量としても当然小さい方が良いといえる。さ
らに、集積度が増してくると各電極間の相互作用が問題
となるが、振動板５の幅Ｗ１より小さく電極２の幅Ｗ２
を形成することによりこの問題も解消することができ
る。

【００１９】（請求項５の発明）前述のように、振動板
５は、該振動板５と電極２との間に印加される電圧によ
って、変位されたものであるが、本発明においては、電
極２と基盤１で形成されるＶ字状面と振動板５の間の空
間は、図１（Ｂ）に示すように、大気に連通している。
振動板５の変位により、前記空間は圧縮されることにな
るが、大気解放にすることにより、振動板は自由に変位
することができる。

【００２０】（請求項６の発明）図８は、本発明の他の
実施例を説明するための要部概略断面図で、図示のよう
に、電極２と基盤１とで形成されるＶ字状面と振動板５
との間の空間に比誘電率が空気より大きい材料１１、た
とえば、グリセリン、強誘電性液晶などを充填したもの
で、このようにすると、電極２と振動板５との間に発生
する静電力は、その誘電率倍、たとえば、グリセリンの
場合は誘電率が４２.５であるから、４２.５倍になる。
特に、図８に示すように、角度θをなす初めの部分にの
み充填することにより、その材料の粘性などの影響を極
力少なくし、静電力を有効に発生させることができる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１の発明は、記録体の流路を形成
する天板と振動板とが一体となって形成された記録体流
路部材と、該記録体流路部材の各流路に対応して設けら
れた電極を形成した基盤から成り、該基板を前記記録体
流路部材に一体的に接合し、前記電極と前記振動板との
間に電圧を印加して、前記振動板を静電気力により振動
させ、前記流路から記録体を噴射して画像を形成する記
録ヘッドにおいて、前記基盤は前記振動板に対応した面
が緩やかなＶ字状面を形成して前記記録体流路射噴部材
に接合されているので、該Ｖ示状面の左右２箇所に静電
力がもっとも強く働き、振動板の変位量を大きくするこ
とができ、従って、同じ変位量を得るのに、従来に比べ
て低電圧にすることができる。また、ノズルの並び方向
に直角にＶ字状面を形成できるため、振動板と電極との
間の角度を小さくでき、同じ電圧に比較して、より強い
静電力を得ることができる。

【００２２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記基盤のＶ字状面の角度が左右で違っているの
で、安定な吐出を行うことができる。なお、好ましく
は、ノズル側に位置する角度を大きくすることにより、
振動板が変位し、インクの流れが供給側からノズル側へ
スムースに供給され、周波数特性の向上、メニスカスか
らの空気引き込みなどが起きにくくなり、安定した噴射
ができる。

【００２３】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記基盤のＶ字状面の片方の面を前記振動板
と略平行としたので、さらにスムースなインクの流れを
作ることができ、より周波数特性が向上し、空気の引き
込みを少なくすることができる。

【００２４】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかの発明において、前記基盤に設けられた電極の幅を
少なくとも前記振動板の幅より小さくしたので、静電力
を振動板に有効に作用させ、また、静電容量を小さく
し、各電極間の相互作用を小さくし、集積度の向上を図
ることができる。

【００２５】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れかの発明において、前記電極と基盤とで形成されるＶ
字状面と振動板との間の空間を大気に連通したので、連
通しない場合には、振動板の変位により、前記空間は圧
縮されることになるが、本発明のように、大気解放にす
ることにより、振動板は自由に変位することができる。

【００２６】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいず
れかの発明において、前記振動板と前記基盤に囲まれる
空間の一部または全部に比誘電率が空気より大きい材料
を充填したので、充填材料の粘性などの影響を極力少な
くし、静電力を有効に発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による記録ヘッドの一実施例を説明す
るための要部断面図である。

【図２】 本発明の特徴であるギャップの構成及び動作
を説明するための拡大断面図である。

【図３】 本発明の他の実施例を説明するための断面図
である。

【図４】 図３に示した記録ヘッドの動作説明とするた
めの構成図である。

【図５】 本発明の他の実施例を説明するための断面図
である。

【図６】 図５に示した実施例の動作を模式的に示す図
である。

【図７】 本発明の他の実施例を説明するための要部拡
大断面図である。

【図８】 本発明の他の実施例を説明するための要部概
略断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…電極、３…保護膜、４…天板、５…振動
板、６…ノズル、７…記録体の流路、８…インク供給
口、９…流体抵抗部、１０…ギャップ、１１…高誘電率
充填材。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録体の流路を形成する天板と振動板と
   が一体となって形成された記録体流路部材と、該記録体
   流路部材の各流路に対応して設けられた電極を形成した
   基盤とから成り、該基板を前記記録体流路部材に一体的
   に接合し、前記電極と前記振動板との間に電圧を印加し
   て、前記振動板を静電気力により振動させ、前記流路か
   ら記録体を噴射して画像を形成する記録ヘッドにおい
   て、前記基盤は前記振動板に対応した面が緩やかなＶ字
   状面を形成して前記記録体流路部材に接合されているこ
   とを特徴とする記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記基盤のＶ字状面の角度が左右で違っ
   ていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記基盤のＶ字状面の片方面が前記振動
   板と略平行であることを特徴とする請求項１または２に
   記載の記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記基盤に設けられた電極の幅は少なく
   とも前記振動板の幅より小さいことを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれかに記載の記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記振動板と前記基盤に囲まれる空間は
   大気解放であることを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れかに記載の記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記振動板と前記基盤に囲まれる空間の
   一部または全部に比誘電率が空気より大きい材料を充填
   したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載
   の記録ヘッド。