JP2003305847A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
インクジェットヘッド及びその製造方法Info
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Abstract
性に優れ、印字品質に優れたインクジェットヘッドを提
案すること。 【解決手段】 静電駆動式インクジェットヘッドの、共
通インク室6から複数の個別インク室5にインクを供給
するためのインク供給口部9は、深さの深い第1の単一
流路部と、深さの浅い第2の単一流路部と、深さの浅い
インク流路の途中部分に前記インクジェットヘッドを構
成する基板の厚み方向に2段に等間隔で形成した柱部2
3、28が配置されて分流路となる分流路部と、深さの
浅い第3の単一流路部と、深さの深い第4の単一流路部
で構成される。主に音響抵抗に寄与する2段に配置した
分流路部と、主にイナータンスに寄与する単一流路を備
えることによって、ノズルの異物詰まりが低減でき、気
泡排出性に優れ、印字品質に優れたインクジェットヘッ
ドを実現することが可能になる。
Description
媒体上に吐出して印刷を行うインクジェットヘッドに関
するものである。
動によって、当該インク室に連通しているインクノズル
からインク液滴を吐出させる静電駆動式、圧電式のイン
クジェットヘッドが知られている。
る静電気力により振動する振動系を備え、この振動系の
振動によってインク室の容積変動を起こし、インク液滴
をインクノズルから吐出させるようになっている。ま
た、圧電式のものでは、圧電素子と振動板からなる振動
系を備えている。
ヘッドの特性は、そのイナータンス、音響容量、および
音響抵抗を用いて電気的等価回路として表すことが可能
であり、例えば、圧電式のインクジェットヘッドの電気
的等価回路として特開昭58−5269号公報、特開昭
61−141566号公報に開示されている。インク流
路の長さおよび断面形状が同一の場合には、その電気的
等価回路の性質から、インク流路の音響抵抗およびイナ
ータンスは一義的に決ってしまう。
は、応答性の改善と印字品質の改善とを両立させること
が困難であるが、その解決手段として特願2001−0
91337に記載されているように、共通インク室と、
個別インク室と、この個別インク室に連通しているイン
クノズルと、前記共通インク室から前記個別インク室に
インクを供給するための単一流路部分と、複数の分流路
部分とを備えたインク供給口部とを有し、前記インク供
給口部の単一流路部分は、深さ、幅が異なる複数の流路
部分が形成された方式が提案されている。
たインクジェットヘッドにおいては、供給口に設けた複
数の分流路部分の個々の断面形状対角線長さが、インク
ノズル径よりも短くなるように設計されており、共通イ
ンク室側から異物が流れてきた場合、異物がインク供給
口を通過してインクノズルに詰まることを防止してい
る。つまり、インク供給口を通過する異物はインクノズ
ル径よりも小さいためにインクノズルに詰まることはな
く抜けてしまい、インクノズルに詰まる大きさの異物は
インク供給口でトラップするようにしている。
インク吸引を行うインク初期充填動作などによって、前
記インク供給口部の深さ、幅が異なる単一流路部分に気
泡が残りやすく、その結果、インクノズルからインクの
吐出不良を発生させるという課題がある。
ンク室と共通インク室を連通しているインク供給口部の
構造を工夫することにより、インク供給口部の気泡排出
性が良く、応答速度が速く、印字品質が良く、さらに異
物をインクノズルに詰まらせることによる吐出不良を発
生させないインクジェットヘッドを実現することにあ
る。
めに、本発明は、共通インク室と、個別インク室と、こ
の個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共
通インク室から前記個別インク室にインクを供給するた
めの、単一流路部分と、複数の分流路部分とを備えたイ
ンク供給口部を有し、前記個別インク室の容積変動によ
り前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインク
ジェットヘッドにおいて、前記インク供給口部の複数の
分流路部分は、ヘッドを構成する基板厚み方向と、イン
ク流速方向とに垂直な方向に複数個、前記基板厚み方向
に2段に千鳥状に形成された流路部分を備えていること
を特徴としている。
分の個々の断面積を小さくし、単一流路部分に出来る段
差を小さくし、さらに音響抵抗とイナータンスのバラン
スを取ることによって、ノズルへの異物詰まりがなく、
気泡排出性に優れ、応答速度が速く、しかも、良好な印
字品質が得られるインクジェットヘッドを実現すること
ができる。
路部分および単一流路部分は、ヘッドを構成する第一の
基板と第二の基板にそれぞれ複数の溝を備え、それらを
接合させることによって形作られることが望ましく、こ
れにより製造が容易となる。
の基板に形成するインク供給口部の複数の溝は、ICP
プラズマエッチングによる異方性エッチングによって形
成されることが望ましく、これにより形状を精度よく形
成できると共に加工効率を向上させることができる。
施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。図1は本
例のインクジェットヘッドの断面図である。本例のイン
クジェットヘッドは3枚のノズル基板1、キャビティ基
板2、電極基板3を順に積層した3層構造をしている。
ン基板であり、その表面に一端から平行に等しい間隔で
形成された複数本の、底壁が薄肉で、面外方向(図にお
いて上下方向)に弾性変位可能な振動板4として機能す
る個別インク室5と、1つの共通インク室6が形成され
ている。また、個別インク室5と共通インク室6の中間
部分には、共通インク室6を各個別インク室5に連通さ
せるインク供給口部9としての一部の溝がICPプラズ
マエッチングによる異方性エッチングよって形成されて
いる。また、キャビティ基板2の上面には共通電極7が
形成されている。
ル基板1は、キャビティ基板2と同様に例えばシリコン
基板であり、個別インク室5の上面部分には各個別イン
ク室に対応してノズル孔8が個別インク室5の先端部付
近に形成されており、各ノズル孔8は対応する個別イン
ク室5に連通している。また、個別インク室5と共通イ
ンク室6の中間部分の上面には、共通インク室6を各個
別インク室5に連通させるインク供給口部9としての一
部の溝がICPプラズマエッチングによる異方性エッチ
ングによって形成されている。ノズル基板1とキャビテ
イ基板2を接合したときに、キャビティ基板2に設けら
れた一部の溝とノズル基板1に設けられた一部の溝が組
み合わされて、インク供給口部9を形作るように構成さ
れている。
基板3は、例えばホウ珪酸ガラスからなり、その上面に
は各振動板4に対峙する位置に、浅くエッチングされた
凹部10が形成されている。この凹部10の底面には、
振動板4に対峙する個別電極11が形成されている。ま
た、インク取入れ口12が設けられており、キャビティ
基板2を接合したときに、共通インク室6の下側にくる
ように配置されている。インクは外部のインクタンク
(図示せず)からインク供給チューブ(図示せず)を介
してインク取入れ口12に供給され、共通インク室6、
インク供給口部9、個別インク室5を満たしている。
に設けた凹部10を樹脂などの封止材13を用いて外気
から気密封止してインクジェットヘッドの形状が出来上
がる。
っており、この電極端子14と共通電極7に、ドライバ
ICが搭載されたFPC(フレキシブルプリント基板)
ケーブル(図示せず)が接続される。
下の寸法に保持されており、ドライバICから各電極端
子14と共通電極7との間に駆動電圧パルスを印加する
ことによって、振動板4が静電気力によって個別電極1
1の方へ弾性変形して撓み、個別電極11の表面に当接
する。この時、個別インク室5の容積が増加するため、
インクが共通インク室6からインク供給口部9を通って
個別インク室5に流入する。次に、駆動電圧パルスをオ
フすることによって静電気力が解除され、振動板4はそ
のバネ力によって元の位置に戻る。この復元動作によっ
て個別インク室5の容積が急激に減少し、それに伴って
個別インク室5内の内圧が急激に上昇し、個別インク室
内の一部のインクがノズル孔8から図1の上方へ向けて
インク液滴(図示せず)として吐出される。さらに振動
板4がバネ力の反動で再び個別電極11側に撓むことに
よって、再びインクが共通インク室6からインク供給口
部9を通って個別インク室5に供給される。
インク供給口部9が形成されている部分を部分的に拡大
した上面図であり、図3は図2のs−s線で切断した部
分断面図、図4は図2のt−t線で切断した部分断面図
である。また、図5は本発明のインクジェットヘッドの
インク供給口部9付近を示す斜視図である。
成された個別インク室5と共通インク室6の間は台形断
面形状の仕切り壁部20によって仕切られている。この
仕切り壁部20は上面が平行四辺形形状をしており、そ
の両側のエッジ20a、20bから個別インク室5、お
よび共通インク室6に向かって傾斜している傾斜面20
c、20dを備えている。前記仕切り壁部20の上面に
はインク供給口部9の一部の溝が形成されており、平行
四辺形形状に浅くエッチングされた溝部21、22と、
この溝部21,22の途中位置に設けられた、断面が長
方形状をした柱部23で構成されている。この長方形状
をした柱部23は、インクの流れ方向に直交する方向に
等間隔に3個配列されており、キャビティ基板2の浅く
エッチングされた溝部21、22をエッチングする工程
において、柱として残したものである。
壁部20の上面部分にインク供給口部9の一部の溝が形
成されており、平行四辺形形状に深くエッチングされた
溝部24、25と、浅くエッチングされた溝部26、2
7と、浅くエッチングされた溝部26、27の途中位置
に設けられた、断面が長方形状をした柱部28で構成さ
れている。この長方形断面形状をした柱部28は、イン
クの流れ方向に直交する方向に等間隔に4個配列されて
おり、ノズル基板1の浅くエッチングされた溝部26、
27をエッチングする工程において、柱として残したも
のである。
ると、ノズル基板1側に設けた前記断面が長方形状をし
た柱部28と、その隣の柱部28間の浅くエッチングさ
れた溝部に、キャビティ基板2側に設けた前記断面が長
方形状をした柱部23が押し当てられて、1段目の5本
の分流路部29が形成される。また、キャビティ基板2
側に設けた前記断面が長方形状をした柱部23と、その
隣の柱部23間の浅くエッチングされた溝部に、ノズル
基板1側に設けた前記断面が長方形状をした柱部28が
押し当てられて、2段目の4本の分流路部30が形成さ
れる。
チューブ(図示せず)を介してインク取入れ口(図示せ
ず)、共通インク室6に供給されたインクは、エッジ2
0bの側に形成された連通部31を通ってインク供給口
部9に供給される。インク供給口部9に入ったインク
は、ノズル基板1に深くエッチングされた溝部24と、
キャビティ基板2に浅くエッチングされた溝部21とで
構成される第1の単一流路部を通り、ノズル基板1に浅
くエッチングされた溝部26と、キャビティ基板2に浅
くエッチングされた溝部21とで構成される第2の単一
流路部を通り、一部のインクは、図2において短い矢印
で示すように、ノズル基板1に設けた柱部28の部分で
5つの流路に分割された1段目の分流路部29を通って
分流路となり、また、別の一部のインクは、図2におい
て長い矢印で示すように、キャビティ基板2に設けた柱
部23の部分で4つの流路に分割された2段目の分流路
部30を通って分流路となり、再び、ノズル基板1に浅
くエッチングされた溝部27と、キャビティ基板2に浅
くエッチングされた溝部22とで構成される第3の単一
流路部に入って単一流路となり、ノズル基板1に深くエ
ッチングされた溝部25と、キャビティ基板2に浅くエ
ッチングされた溝部22とで構成される第4の単一流路
部を通り、エッジ20aの側に形成された連通部32を
通って個別インク室5に供給される。
は柱部23によりインク通路断面積が小さくなっている
部分は音響抵抗の増加に寄与する部分であり、それ以外
の部分、特に深くエッチングされた溝部24、25付近
の単一流路部はインク通路断面積が大きいので、イナー
タンスの増加に寄与する部分である。
ジェットヘッドにおいて実験を行ったところ、柱部2
3、28、の大きさ、間隔、個数、および深くエッチン
グされた溝部24、25、浅くエッチングされた溝部2
1,22、26,27の長さ、深さなどを適切に設定す
ることにより、インクジェットヘッドの応答速度を速
め、しかも、良好な印字品質を確保するために必要なイ
ンク吐出スピードを確保できることが確認できた。本発
明者等の実験によれば、例えば、インク供給口部9にお
ける摂氏25度での音響抵抗を13×1012(Ns/m
5)以下とし、そのイナータンスを1.2×108(kg
/m4)以上とした場合に、応答速度が速く、しかも良
好な印字品質が得られるインクジェットヘッドを実現可
能なことが確認できた。
が深い流路部分を設けてイナータンスを大きくすること
によって、分流路部分の個々の流路の断面積を、ノズル
断面積よりも小さくすることが出来たため、従来、共通
インク室に入った異物が、供給口を通過してノズルに詰
まり、インクの吐出不良を引き起こしていたが、その異
物を供給口にトラップすることができるようになり、イ
ンク液滴がノズルから吐出しなくなる不良を無くすこと
が出来るようになっている。
基板1に設けた深くエッチングされた溝部24と、浅く
エッチングされた溝部26との段差を小さくすることが
出来たため、この段差付近に出来ていたインクの淀み点
を無くすことが出来、前記段差部分に残留していた気泡
を無くすことが出来るようになった。その結果、この段
差付近に気泡が残ることによって発生していたインクノ
ズル8からの吐出不良を無くすことができることが確認
できた。
2の実施例を示す。図6はインク供給口部9を部分的に
拡大した上面図であり、図7は図6のs−s線で切断し
た部分断面図であり、図8はインク供給口部の斜視図で
ある。
断面形状の仕切り壁部20の上面にはインク供給口部9
の一部の溝が形成されており、平行四辺形形状に浅くエ
ッチングされた溝部33、34と、この溝部33,34
の途中位置に設けられた、断面が長方形状をした柱部3
5で構成されている。この長方形状をした柱部35は、
ノズル基板に形成した柱部28よりもインクの流れ方向
に長い形状をしており、ノズル基板1とキャビティ基板
2の接合時にインクの流れ方向に位置ズレが発生して
も、1段目の分流路部分36、2段目の分流路部分37
の形状を確実に形成できるようにしている。また、イン
クの流れ方向と直角方向の接合位置ズレが発生しても、
ノズル基板1に形成した柱部28とキャビティ基板2形
成した柱部35が面で重なり合っているため、同様に1
段目の分流路部分36、2段目の分流路部分37の形状
を確実に形成できるようにしている。
8、35の大きさ、間隔、個数、および深くエッチング
された溝部24、25、浅くエッチングされた溝部2
6,27、33、34の長さ、深さ、幅などを適切に設
定することにより、インクジェットヘッドの応答速度を
速め、良好な印字品質を確保するために必要なインク吐
出スピードを確保できることが実験によって確認できて
いる。
ズル基板1に設けた深くエッチングされた溝部25と、
浅くエッチングされた溝部27との段差を小さく出来る
ため、この段差付近に出来ていたインクの淀み点を無く
すことが出来、その結果、この段差付近に気泡が残らな
くなり、インク供給口部9の単一流路部分の残留気泡に
よるインクノズル8からの吐出不良を無くすことができ
ることが確認できている。
けたノズル孔から吐出させるフェイスイジェクトタイプ
を示したが、基板の端部に設けたノズル孔から吐出させ
るエッジイジェクトタイプでも適用可能である。
ェットヘッドに関するものであるが、圧電式のインクジ
ェットヘッドにも適用可能である。
28、35は、断面を長円形状としても同様の効果が得
られることが確認出来ている。
ェットヘッドでは、共通インク室と個別インク室を連通
しているインク供給口部に、深さ、幅が異なる単一流路
部分と、ヘッドを構成する基板厚み方向とインク流速方
向とに垂直な方向に複数本、前記基板厚み方向に2段に
千鳥状に形成された断面積が小さい複数本の分流路部分
とを形成している。このように構成することによって分
流路部分の個々の断面積を小さくし、単一流路部分に出
来る段差を小さくし、さらに音響抵抗とイナータンスの
バランスを取ることによって、ノズルへの異物詰まりが
なく、気泡排出性に優れ、応答速度が速く、しかも、良
好な印字品質が得られるインクジェットヘッドを実現す
ることができる。
る。
口部を説明するための部分上面図である。
口部を説明するための第1の部分断面図である。
口部を説明するための第2の部分断面図である。
口部を説明するための斜視図である。
口部の第2の実施例を説明するための部分上面図であ
る。
口部の第2の実施例を説明するための部分断面図であ
る。
口部の第2の実施例を説明するための斜視図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 共通インク室と、個別インク室と、この
個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共通
インク室から前記個別インク室にインクを供給するため
の、単一流路部分と、複数の分流路部分とを備えたイン
ク供給口部を有し、前記個別インク室の容積変動により
前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインクジ
ェットヘッドにおいて、 前記インク供給口部の複数の分流路部分は、ヘッドを構
成する基板厚み方向と、インク流速方向とに垂直な方向
に複数個、前記基板厚み方向に2段に千鳥状に形成され
た流路部分を備えていることを特徴とするインクジェッ
トヘッド。 - 【請求項2】 請求項1において、 対向電極の間に電圧を印加することにより発生する静電
気力によって、前記個別インク室に容積変動を発生させ
て、前記インクノズルからインク液滴を吐出させること
を特徴とする静電駆動式のインクジェットヘッド。 - 【請求項3】 請求項1において、 前記2段に形成された複数の分流路部分および単一流路
部分は、ヘッドを構成する第一の基板と第二の基板にそ
れぞれ複数の溝を備え、それらを接合させることによっ
て形作られることを特徴とするインクジェットヘッドの
製造方法。 - 【請求項4】 請求項3において、 ヘッドを構成する第一の基板と第二の基板に形成するイ
ンク供給口部の複数の溝は、ICPプラズマエッチング
による異方性エッチングによって加工されたことを特徴
とするインクジェットヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002114926A JP2003305847A (ja) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002114926A JP2003305847A (ja) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003305847A true JP2003305847A (ja) | 2003-10-28 |
Family
ID=29396525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002114926A Pending JP2003305847A (ja) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003305847A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005169757A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Seiko Epson Corp | インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 |
-
2002
- 2002-04-17 JP JP2002114926A patent/JP2003305847A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005169757A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Seiko Epson Corp | インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 |
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