JP2003072062A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンネル壁の上端が固定されていない領域
で生じる圧力波変化が、チャンネル壁の上端が固定され
た領域における圧力波変化に不所望の影響を及ぼすこと
を防止する。 【解決手段】 インクジェットヘッドは、圧電材料を含
むチャンネル壁３に隔てられるようにして複数のチャン
ネル溝４を形成されたベース部材１と、複数のチャンネ
ル溝４を覆うようにベース部材１と接して配置されたカ
バー部材２とを備える。カバー部材２におけるベース部
材１に対向する側の面は、チャンネル壁３上面に接する
ことで、チャンネル溝４をインク室とするための第１の
領域と、チャンネル壁３上面と離隔するように凹部とな
っている第２の領域とを含む。上記カバー部材２の上記
第２の領域の表面には振動吸収部材３０が張られてい
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、プリンタなどに用
いられるインクジェットヘッドに関する。より詳しく
は、圧電部材を含む壁によって規定されたインク室の内
部に貯まったインクを、この圧電部材に電圧を印加して
変形させ、インク室内に圧力振動を生じさせることによ
って、噴出させる方式のインクジェットヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタにおいては、インパクト
印字装置に代わって、カラー化、多階調化に対応しやす
いインクジェット方式などのノンインパクト印字装置が
急速に普及している。これに用いるインク噴射装置とし
てのインクジェットヘッドとしては、特に、印字に必要
なインク滴のみを噴射するというドロップ・オン・デマ
ンド型が、噴射効率の良さ、低コスト化の容易さなどか
ら注目されている。ドロップ・オン・デマンド型として
は、カイザー（Kyser）方式やサーマルジェット方式が
主流となっている。

【０００３】しかし、カイザー方式は、小型化が困難で
高密度化に不向きであるという欠点を有していた。ま
た、サーマルジェット方式は、高密度化には適している
ものの、ヒータでインクを加熱してインク内にバブル
（泡）を生じさせて、そのバブルのエネルギーを利用し
て噴射させる方式であるため、インクの耐熱性が要求さ
れ、また、ヒータの長寿命化も困難であり、エネルギー
効率が悪いため、消費電力も大きくなるという問題を有
していた。

【０００４】このような各方式の欠点を解決するものと
して、圧電材料のシェアモードを利用したインクジェッ
ト方式が開示されている。この方式は、圧電材料からな
るインクチャンネルの壁（以下、「チャンネル壁」とい
う。）の両側面に形成した電極を用いて、圧電材料の分
極方向と直交する方向に電界を生じさせることで、シェ
アモードでチャンネル壁を変形させ、その際に生じる圧
力波変動を利用してインク滴を吐出するものであり、ノ
ズルの高密度化、低消費電力化、高駆動周波数化に適し
ている。

【０００５】図５、図６を参照して、このようなシェア
モードを利用したインクジェットヘッドの構造について
説明する。図６は、図５のインクジェットヘッドを組み
立てた状態でチャンネル溝４に沿って切断した断面図で
ある。このインクジェットヘッドは、図５の上下方向に
分極処理を施した圧電体に複数のチャンネル溝４が形成
されたベース部材１と、インク供給口２１と共通インク
室２２が形成されたカバー部材２と、ノズル孔１０があ
けられたノズル板９を張り合わせることで、インクチャ
ンネルを形成している。「インクチャンネル」とは、チ
ャンネル溝４の内部の空間を利用して形成される圧力室
の部分をいう。チャンネル壁３には、電界を印加するた
めの電極５が上半分のみに形成されている。

【０００６】インクチャンネルの後端部は、溝加工時に
使用されるダイシングブレードの直径に対応したＲ形状
に加工されており、外部との通電のための電極引き出し
部としての浅溝部６が同じくダイシングブレードにより
加工されている。浅溝部６に形成された電極は、浅溝部
の後端部で例えばフレキシブル基板のような外部電極８
とボンディングワイヤ７によって接続されている。

【０００７】図７〜図１０を参照して、このような構成
のインクジェットヘッドにおけるチャンネル壁３のシェ
アモード変形の様子について説明する。初期状態では、
図７に示すように、チャンネル壁３はまっすぐ立ってい
る。チャンネル壁３は、その左右両面に張られた電極５
に電圧を印加することで、分極方向に垂直な電界を生
じ、シェアモードの変形（せん断変形）を起こす。たと
えば、電極５に、図８に示すように電圧を印加する。す
なわち、最初の時間Ｔ１に渡って正の一定電圧を印加
し、引き続き時間Ｔ２に渡って負の一定電圧を印加す
る。この結果、最初の時間Ｔ１の間は、図９の中央に示
すように、チャンネル壁３は「く」の字形に変形し、あ
る１つのインクチャンネルに対して、断面積を広げるよ
うに作用する。次の時間Ｔ２の間は、先ほどと逆向きの
電界が生じるので、チャンネル壁３は、図１０に示すよ
うに、前記チャンネル室４に対して、断面積を狭めるよ
うに変形する。この変化は急激に起こる。シェアモード
変形を利用したインクジェットヘッドでは、このような
一連の電圧印加を適当なタイミングで行なうことによ
り、インクチャンネル内に圧力波変動を生じさせてノズ
ル孔１０よりインクを吐出させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなシェアモ
ード変形は、図７に示すように、チャンネル壁３の上端
がカバー部材２と接着固定されている領域、すなわち、
図６における領域Ａで生じる。しかし、図６における領
域Ｂにおいても、チャンネル壁３には電極５が形成され
ており、しかも領域Ａの電極５に電圧を印加すること
は、領域Ｂも含めて電圧を印加することにほかならない
から、領域Ａのチャンネル壁３にシェアモード変形を生
じさせようとする場合、領域Ｂのチャンネル壁３にも何
らかの変形を生じさせることとなる。しかし、領域Ｂで
は、チャンネル壁３の上端がカバー部材２に接着固定さ
れているわけではないので、チャンネル壁３は、領域Ａ
におけるようなくの字形に変形する代わりに、上端を振
るように変形する。したがって、たとえば、領域Ａで図
９に示したようにインクチャンネルの断面積を広げるよ
うに変形するときに、領域Ｂでは図１１に示したように
変形し、断面積を広げるどころか逆に狭めるように働
く。領域Ａで図１０に示したように変形するときに、領
域Ｂではチャンネル壁３の上端は外側に振られ、インク
チャンネルの断面積を狭めるどころか逆に広げるように
働く。しかも、チャンネル壁３の上端が固定されていな
いので、側方に向かうインクの流れを生じるだけで圧力
変化はさほど生じない。

【０００９】一方、領域Ｂ（図６参照）ではチャンネル
壁３の上端が固定されていないので、チャンネル壁３の
くの字形の変形は積極的には生じないが、領域Ａ（図６
参照）で生じるチャンネル壁３のくの字形の変形が領域
Ｂに伝播するために、領域Ｂでもある程度の圧力波の変
動を生じる。しかし、領域Ｂで生じる圧力変動は、空間
の体積やチャンネル壁３の拘束条件が領域Ａと異なるた
め、伝播速度が異なる。

【００１０】その結果、同じ電圧印加を行なっても領域
Ａと領域Ｂとでは、生じる圧力波変動が異なることとな
り、領域Ｂにおける圧力波変動は、領域Ａにおける圧力
波変動に不所望の影響を及ぼす。また、外部からのイン
クの供給にも影響を及ぼす。こういった現象により、イ
ンクの吐出が不安定になる。特に、電圧を印加する周波
数、すなわち、駆動周波数を高くすると、領域Ｂの圧力
波の変動がより大きくなり、インクの吐出はより不安定
になる。

【００１１】本発明では、このような問題を解消し、安
定したインク吐出を行なうことができるインクジェット
ヘッドを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に基づくインクジェットヘッドは、圧電材料
を含むチャンネル壁に隔てられるようにして複数のチャ
ンネル溝を形成されたベース部材と、上記複数のチャン
ネル溝を覆うように上記ベース部材と接して配置された
カバー部材とを備え、上記カバー部材における上記ベー
ス部材に対向する側の面は、上記チャンネル壁の上面に
接することで、上記チャンネル溝をインク室とするため
の第１の領域と、上記チャンネル壁の上面と離隔するよ
うに凹部となっている第２の領域とを含み、上記カバー
部材の上記第２の領域の表面には振動吸収部材が張られ
ている。この構成を採用することにより、第２の領域に
振動吸収部材が張られているので、カバー部材が凹部と
なることでチャンネル壁の上端が固定されないこととな
る第２の領域において生じる圧力波変動を、振動吸収部
材によって抑制することができる。したがって、第２の
領域で生じる圧力波変動が第１の領域における圧力波変
動に影響を及ぼすことを防止できる。その結果、インク
の吐出を安定させることができる。

【００１３】上記発明において好ましくは、上記振動吸
収部材は、有機合成ゴムを含む。この構成を採用するこ
とにより、適度な振動吸収特性を有する被覆を容易に形
成することができる。

【００１４】上記発明において好ましくは、上記振動吸
収部材のゴム硬度が２０以上２００以下である。この構
成を採用することにより、インクの吐出効率を低下させ
ずに、圧力波の吸収機能を適度に高めることができる。

【００１５】上記発明において好ましくは、上記有機合
成ゴムは、活性化されている。この構成を採用すること
により、インクに対する濡れ性を向上し、吐出効率の良
いインクジェットヘッドとすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１） （構成）図１、図２を参照して、本発明に基づく実施の
形態１におけるインクジェットヘッドの構成について説
明する。図５、図６に示したものと基本的に同じ構造で
あるが、このインクジェットヘッドでは、共通インク室
２２のインクに触れる内面には、振動吸収部材３０とし
て、ゴム硬度７０のウレタンゴムが厚み３０μｍとなる
ように形成されている。このインクジェットヘッドは、
図２に示すように、第１の領域としての領域Ａと、第２
の領域としての領域Ｂとに分けてとらえることができ
る。

【００１７】（製造方法など）このインクジェットヘッ
ドの各部の具体的な寸法や製造方法について以下に述べ
る。チャンネル溝４は深さ３００μｍ、幅７０μｍ、ピ
ッチ１４１μｍである。領域Ａの長さは３．１ｍｍ、領
域Ｂの長さは５．５ｍｍである。電極５は、材料として
Ａｌを用い、斜め蒸着法によって形成されたものであ
り、厚みが１．０μｍである。電極５の材料としては、
Ａｌ以外に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどの導電性材料を用い
てもよい。

【００１８】ノズル板９には、厚み９０μｍのポリイミ
ドフィルムを用い、ノズル孔１０は、エキシマレーザ加
工によって設けられている。ノズル板９としては、ポリ
イミドフィルムに代えて、ポリエチレン系の高分子樹脂
フィルムを用いることとしてもよい。あるいは、ステン
レス板などの金属板に打抜加工によりノズル孔１０をあ
けてもよい。

【００１９】本実施の形態におけるインクジェットヘッ
ドにおいては、外部電極８との接続は、ボンディングワ
イヤ７により行なっているが、ボンディングワイヤ７の
代わりに異方性導電膜（ＡＣＦ）を用いて接続してもよ
い。

【００２０】本実施の形態におけるインクジェットヘッ
ドにおいては、カバー部材２として、分極処理を施して
いない圧電体基板を用い、サンドブラスト加工により、
インク供給口２１と共通インク室２２とを形成してい
る。カバー部材２としては、圧電体基板に代えて、セラ
ミック基板などを用いてもよい。インク供給口２１と共
通インク室２２とを形成するためには、フライス加工、
成形加工によってもよい。

【００２１】振動吸収部材３０は、カバー部材２の共通
インク室２２が設けられている側の全面を覆うようにウ
レタンゴムの層を形成した後で、共通インク室２２以外
の領域のウレタンゴムをフライス加工などで削り落とす
ことによって製作できる。振動吸収部材３０としてのウ
レタンゴムは、紫外線照射処理が施されることで活性化
される。振動吸収部材３０をこのように活性化処理した
後に、カバー部材２をベース部材１に貼り合せる。な
お、本明細書でいう「活性化処理」とは、インクに対す
る濡れ性を改善するための表面活性化処理を意味する。

【００２２】（作用・効果）本実施の形態におけるイン
クジェットヘッドでは、図１に示すように領域Ｂに振動
吸収部材３０が形成されているので、領域Ｂで生じる圧
力波変動が振動吸収部材３０によって抑制され、領域Ｂ
で生じる圧力波変動が領域Ａにおける圧力波変動に影響
を及ぼすことを防止できる。したがって、インクの吐出
を安定させることができる。

【００２３】なお、上述の例では、振動吸収部材３０の
材料としてウレタンゴムを用いたが、他にニトリルゴ
ム、ブチルゴムなどの有機合成ゴムを用いてもよい。上
述の例では、振動吸収部材３０のゴム硬度を７０とした
が、ゴム硬度が２００より大きくなると圧力波の吸収機
能が低下し、ゴム硬度が２０より小さくなると、領域Ａ
の圧力波変動を抑制してしまい、却ってインクの吐出効
率が低下する。したがって、振動吸収部材３０のゴム硬
度としては、２０以上２００以下の範囲が好ましい。

【００２４】上述の例では、振動吸収部材３０の厚みを
３０μｍとしたが、これがあまりに薄いと、圧力波の吸
収機能が低下し、厚すぎると製造コストが高くなってし
まうので、１０〜１００μｍの範囲の厚さが好ましい。

【００２５】上述の例では、振動吸収部材３０の表面に
紫外線照射を施すことで活性化し、インクに対する濡れ
性を向上させているが、この代わりに、高周波による酸
素プラズマ処理やコロナ放電などの低温プラズマ処理、
硫酸などの酸性溶液による酸化処理も用いることができ
る。

【００２６】（実施の形態２） （構成）図３、図４を参照して、本発明に基づく実施の
形態２におけるインクジェットヘッドの構成について説
明する。実施の形態１のインクジェットヘッドに比べ
て、電極５から外部電極８への接続方法が異なっている
以外は、基本的に実施の形態１におけるものと同様であ
る。図３に示すように、ベース部材１の後端（ノズル板
９が貼り付けられるのと反対側の端）においては、導電
性樹脂２６がチャンネル溝４内に埋めこまれている。こ
の導電性樹脂２６によって１つのチャンネル溝４の両側
の電極５は同電位になるように電気的に接続されてい
る。１つのチャンネル溝４の導電性樹脂２６と隣接する
チャンネル溝４の導電性樹脂２６とは互いに電気的に分
離されている。さらに、外部電極８を表面に備えたフレ
キシブルプリント基板１１がベース部材１と垂直になる
ようにベース部材１の端部に貼り合わせられ、導電性樹
脂２６は、それぞれ独立に外部電極８と接続されてい
る。導電性樹脂２６と外部電極８との接続には、異方性
導電膜（ＡＣＦ）が用いられている。

【００２７】このインクジェットヘッドでは、実施の形
態１のインクジェットヘッドと異なり、チャンネル溝４
の後端が導電性樹脂２６によって封止されているため、
インクチャンネルへのインクの供給は、ベース部材１の
図３における上側から行なわれる。そのために、マニホ
ールド部材２０によって形成されるマニホールド空間２
４ａに加えて、カバー部材２にもマニホールド空間２４
ｂが設けられている。したがって、マニホールド空間２
４ａ，２４ｂを合わせた空間が共通インク室の役割を果
たす。マニホールド部材２０のインク供給口２１から供
給されたインクはマニホールド空間２４ａ，２４ｂを経
由してインクチャンネル内に入りこむ。

【００２８】さらに、このインクジェットヘッドにおい
ては、カバー部材２のうちマニホールド空間２４ｂを構
成する内面の全面に、振動吸収部材３０としてゴム硬度
５０のアクリルゴムが厚さ２０μｍ形成されている。

【００２９】（作用・効果）マニホールド空間２４ｂを
構成する内面が振動吸収部材３０で覆われていることに
より、実施の形態１と同様に、領域Ｂで生じる圧力波変
動が抑制され、その結果、領域Ａへの影響が抑制される
ことで、インクの吐出の安定性を増すことができる。

【００３０】なお、上記各実施の形態では、振動吸収部
材として、有機合成ゴムに代えて、樹脂材料、高分子材
料であってもよい。高分子材料は、一般に親水性が悪い
が、活性化処理を行なうことで、インクに対する濡れ性
を向上させることができる。

【００３１】なお、今回開示した上記実施の形態はすべ
ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の
範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって
示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での
すべての変更を含むものである。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、カバー部材の第２の領
域の表面には振動吸収部材が張られているので、カバー
部材が凹部となることでチャンネル壁の上端が固定され
ないこととなる第２の領域において生じる圧力波変動
を、振動吸収部材によって抑制することができる。した
がって、第２の領域で生じる圧力波変動が第１の領域に
おける圧力波変動に影響を及ぼすことを防止できる。そ
の結果、インクの吐出を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に基づく実施の形態１におけるインク
ジェットヘッドの分解斜視図である。

【図２】 本発明に基づく実施の形態１におけるインク
ジェットヘッドの断面図である。

【図３】 本発明に基づく実施の形態２におけるインク
ジェットヘッドの分解斜視図である。

【図４】 本発明に基づく実施の形態２におけるインク
ジェットヘッドの断面図である。

【図５】 従来技術に基づくインクジェットヘッドの分
解斜視図である。

【図６】 従来技術に基づくインクジェットヘッドの断
面図である。

【図７】 インクチャンネルの領域Ａにおける初期状態
の断面図である。

【図８】 インクチャンネルの電極に印加する電圧を示
すグラフである。

【図９】 インクチャンネルの領域Ａにおける第１の変
形状態を示す断面図である。

【図１０】 インクチャンネルの領域Ａにおける第２の
変形状態を示す断面図である。

【図１１】 従来技術に基づくインクジェットヘッドの
インクチャンネルの領域Ｂにおける変形状態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ ベース部材、２ カバー部材、３ チャンネル壁、
４ チャンネル溝、５電極、６ 浅溝部、７ ボンディ
ングワイヤ、８ 外部電極、９ ノズル板、１０ ノズ
ル孔、１１ フレキシブルプリント基板、２０ マニホ
ールド部材、２１ インク供給口、２２ 共通インク
室、２４ａ，２４ｂ マニホールド空間、２６ 導電性
樹脂、３０ 振動吸収部材。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料を含むチャンネル壁に隔てられ
   るようにして複数のチャンネル溝を形成されたベース部
   材と、前記複数のチャンネル溝を覆うように前記ベース
   部材と接して配置されたカバー部材とを備え、 前記カバー部材における前記ベース部材に対向する側の
   面は、前記チャンネル壁の上面に接することで、前記チ
   ャンネル溝をインク室とするための第１の領域と、前記
   チャンネル壁の上面と離隔するように凹部となっている
   第２の領域とを含み、 前記カバー部材の前記第２の領域の表面には振動吸収部
   材が張られている、インクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記振動吸収部材は、有機合成ゴムを含
   む、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記振動吸収部材のゴム硬度が２０以上
   ２００以下である、請求項２に記載のインクジェットヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 前記有機合成ゴムは、活性化されてい
   る、請求項２または３に記載のインクジェットヘッド。