JP2003305849A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクの吐出効率に優れた、小型のインクジ
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、そのインク流路の途中
部分に等間隔で形成した３個の三角形断面形状をした柱
状突起２７が、三角形底辺が個別インク室側を向くよう
に配置され、ここにおいて、共通インク室側からの単一
流路が４本の分流路とされ、再び個別インク室側におい
て単一流路とされている。４本の分流路部分の断面積が
共通インク室側から個別インク室に向けて漸次狭まる構
造とすることによって、インクジェットヘッドのノズル
孔からインク液滴を吐出する際には、共通インク室６へ
のインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後には共通イ
ンク室６から個別インク室５へのインク供給を速やかに
行えるようになり、インクの吐出効率に優れた、小型の
インクジェットヘッドを実現することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク液滴を記録
媒体上に吐出して印刷を行うインクジェットヘッド、及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平１０−１１９２７０号公
報には、圧電式の圧力発生手段を備えたインクジェット
ヘッドが開示されている。

【０００３】このインクジェットヘッドは、２枚の金属
板を接着層を介して貼合わせた母材にインク供給口をプ
レス加工によって形成したインク供給口形成基板と、共
通インク室を形成したリザーバ形成基板と、インクノズ
ルを形成したノズル基板とを接着剤層を介して積層した
流路ユニットと、圧電振動板および個別インク室を備え
たアクチュエータユニットとを熱溶着フィルムを介して
接合して構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
たインクジェットヘッドは、インクジェット式記録ヘッ
ドに適したインク供給口の製造方法が開示されている。

【０００５】しかし、その構造上、供給口の断面積が一
定となるように設計されていることから、吐出効率をさ
らに向上した小型の流路を設計するには限界があり、イ
ンクジェットヘッドを小型化できないという課題があ
る。

【０００６】本発明は、この点に鑑みて、個別インク室
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、応答速度が速く、吐出効率が高
く、しかも印字品質の良い小型のインクジェットヘッド
を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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、前記共通インク室から個別イン
ク室に向かって、断面積が漸次減少していることを特徴
としている。

【０００８】上記構成により、インクジェットヘッドの
ノズルからインク液滴を吐出する際には、共通インク室
へのインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後には共通
インク室から個別インク室へのインク供給を速やかに行
えるようになり、インクの吐出効率に優れた、小型のイ
ンクジェットヘッドを実現することが可能となる。

【０００９】また、インク供給口部は第一の基板にＩＣ
Ｐプラズマエッチングによる異方性エッチングによって
溝加工された後、個別インク室を加工した第二の基板と
接合して形成することを特徴としている。上記構成によ
り、精度及び加工効率を向上させることが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。

【００１１】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。

【００１２】中間のキャビティ基板２は、例えばシリコ
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とがエッチ
ングに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。

【００１３】キャビティ基板２の上側に接合されるノズ
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に連通させているインク供給口部９として
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。

【００１４】キャビティ基板２の下側に接合される電極
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。

【００１５】上記３枚の基板を順に接合し、電極基板３
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。

【００１６】各個別電極１１の端部は電極端子１４とな
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。

【００１７】個別電極１１と振動板４の間隔は１μｍ以
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。

【００１８】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。

【００１９】図２は、本発明のインクジェットヘッドの
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
分断面図である。

【００２０】図３に示すように、キャビティ基板２に形
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２０ａが平行四辺形形状をしてお
り、その両側のエッジ２０ｂ、２０ｃ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２０ｄ、２０ｅを備えている。

【００２１】ノズル基板１には、台形断面形状の仕切り
壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａに面した部
分に、平行四辺形形状に浅くエッチングされた溝部２１
が形成されており、この溝部分２１と仕切り壁部２０の
上面２０ａの間にインク供給口部９が形成されている。

【００２２】このインク供給口部９における個別インク
室５側の縁２２は、仕切り壁部２０のエッジ２０ｂより
も個別インク室５の側にせり出した位置にある。従っ
て、この縁２２と仕切り壁部２０のエッジ２０ｂとによ
り区画される連通部２３を介して、インク供給口部９は
個別インク室５に連通している。

【００２３】このインク供給口部９における共通インク
室６の側は、共通インク室６の形状に対応した形状とな
るように形成された溝部２４に連続している。従って、
インク供給口部９は、仕切り壁部２０のエッジ２０ｃと
溝部２４の底面（浅くエッチングされた溝部２１）とに
より区画されている連通部２５を介して、共通インク室
６に連通している。

【００２４】ここで、インク供給口部９における両側の
連通部２３、２５を繋ぐ連通路２６の途中位置には、略
三角形断面の柱状突起２７が、インク流れ方向に直行す
る方向に、三角形底辺が個別インク室側に向くように等
間隔で３個形成されている。これらの柱状突起２７は、
ノズル基板１に溝部２１を形成する時に島状に残したも
のである。

【００２５】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（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
０ｃの側に形成された連通部２５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、浅くエッチングされた溝部２１と、台形断面形状の
仕切り壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａの一
部で構成される第１の単一流路部を通り、図２において
矢印で示すように、柱状突起２７の部分で４つの流路に
分割された分流路部を通って分流となり、再び、浅くエ
ッチングされた溝部２１と、平行四辺形形状をした上面
２０ａの一部で構成される第２の単一流路部に入って単
一流となり、エッジ２０ｂの側に形成された連通部２３
を通って個別インク室５に供給される。

【００２６】ここで、柱状突起２７の断面形状を略三角
形とし、底辺が個別インク室５側を向くように配置する
ことによって、断面積が共通インク室６側から個別イン
ク室５に向けて漸次狭まる形状としている。このような
形状とすることで、ノズル孔８からインク液滴を吐出す
る際に、ディフューザー効果による４つの分流路部の圧
力損失拡大によって、共通インク室６へのインクの逆流
を抑制することができる。また、インク液滴吐出後は共
通インク室６から個別インク室５へのインク供給におい
て、リデューサ効果によるインク流れ方向の圧力低下に
よって流れに無理がなくなり、さらに柱状突起断面形状
の三角形頂点が共通インク室側を向いていることから、
柱状突起の壁面による流路抵抗を小さくすることが可能
になり、共通インク室６から個別インク室５へのインク
供給を速やかに行えるようになる。

【００２７】その結果、ノズル孔８からのインクの吐出
効率を高めることが可能となる。また、４つの分流路部
の断面積が共通インク室６側から個別インク室５に向け
て同一形状の場合とインクの吐出特性を同じに設計する
ならば、個別インク室５、インク供給口部９、共通イン
ク室６などの形状を小さくすることが出来、インクジェ
ットヘッドを小型化することが可能となる。

【００２８】このインク供給口部９では、柱状突起２７
により４つの分流路部の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、それ以外の単
一流路部分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。

【００２９】この構成のインク供給口部９を備えたイン
クジェットヘッドにおいて実験を行ったところ、柱状突
起２７の大きさ、間隔、三角形形状等を適切に設計する
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。

【００３０】図４、図５に、インク供給口部の第２の実
施例を示す。図４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５は図４のｓ−ｓ線で切断した部分
断面図である。

【００３１】図５に示すように、上記第１の実施例と同
様に、キャビティ基板２に形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２０
ａが平行四辺形形状をしており、その両側のエッジ２０
ｂ、２０ｃ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２０ｄ、２０ｅを備えて
いる。

【００３２】ノズル基板１には、台形断面形状の仕切り
壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａに面した部
分にインク供給口部９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３０、３１と、浅くエッ
チングされた溝部３２と、浅くエッチングされた溝部３
２の途中位置に設けられた、断面が略三角形状をした柱
状突起３４で構成されている。さらに、柱状突起３４配
置された流路の両側の側壁部も、柱状突起３４と同様に
断面が略三角形状の突部３３が形成されている。この柱
状突起３４はインク流れ方向に直行する方向に等間隔で
５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３２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。

【００３３】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（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
０ｃの側に形成された連通部３５を通ってインク供給口
部９に供給される。

【００３４】インク供給口部９に入ったインクは、深く
エッチングされた溝部３０と、台形断面形状の仕切り壁
部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成
される第１の単一流路部、浅くエッチングされた溝部３
２と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成さ
れる第２の単一流路部を通り、図４において矢印で示す
ように、柱状突起３４の部分で６つの流路に分割された
分流路部を通って分流となる。

【００３５】その後、再び浅くエッチングされた溝部３
２と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成さ
れる第３の単一流路部に入って単一流となり、深くエッ
チングされた溝部３１と、平行四辺形形状をした上面２
０ａの一部で構成される第４の単一流路部を通り、エッ
ジ２０ｂの側に形成された連通部３６を通って個別イン
ク室５に供給される。

【００３６】この構成のインク供給口部９は６つの分流
路部の断面の対角線長さがノズル孔８の直径よりも小さ
くなるように設計しており、インク供給チューブ、イン
ク取入れ口、共通インク室６などインク供給口部９より
手前側から流れてきた異物が、インク供給口部９の分流
路部を通過してノズル孔８に詰まり印字不良となるのを
防止するため、柱状突起３４の近傍でトラップ出来る構
造としている。

【００３７】ここで、柱状突起３４の断面形状を略三角
形とし、底辺が個別インク室５側を向くように配置する
ことによって、６つの分流路部の断面積が共通インク室
６側から個別インク室５に向けて漸次狭まる形状として
いる。

【００３８】このような形状とすることで、上述の第一
の実施例と同様に、ノズル孔８からインク液滴を吐出す
る際に、ディフューザー効果によって共通インク室６へ
のインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後は共通イン
ク室６から個別インク室５へのインク供給において、リ
デューサ効果および柱状突起断面形状から柱状突起壁面
による流路抵抗を小さくすることが可能になり、共通イ
ンク室６から個別インク室５へのインク供給を速やかに
行えるようになる。

【００３９】その結果、ノズル孔８からのインクの吐出
効率を高めることが可能となり、さらに、インクの吐出
性能を従来と同じに設計するならば、インクジェットヘ
ッドの小型化も可能となる。

【００４０】このインク供給口部９では、柱状突起３４
によりインク通路断面積が小さくなっている部分、浅く
エッチングされた溝部３２と、平行四辺形形状をした上
面２０ａの一部で構成される第２の単一流路部、および
第３の単一流路部は音響抵抗の増加に寄与する部分であ
り、それ以外の深くエッチングされた溝部３０、３１
と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成され
る第１の単一流路部、および第４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。

【００４１】この構成のインク供給口部９を備えたイン
クジェットヘッドにおいて実験を行ったところ、柱状突
起３４の大きさ、間隔、三角形形状、および深くエッチ
ングされた溝部３０、３１、浅くエッチングされた溝部
３２の長さ、深さ等を適切に設計することにより、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。

【００４２】上述の各例は、柱状突起の断面形状を三角
形形状としたが、長辺を個別インク室側に向けて配置し
た台形形状としても同様の効果が得られる。

【００４３】上述の各例は、インク液滴を基板上面に設
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。

【００４４】また、上述の各例は静電駆動式のインクジ
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。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
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、単一流路部分と、断面積が
共通インク室側から個別インク室に向けて漸次狭まる複
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、インクジェットヘッドのノズル孔から
インク液滴を吐出する際には、共通インク室６へのイン
クの逆流を抑制し、インク液滴吐出後には共通インク室
６から個別インク室５へのインク供給を速やかに行える
ようになり、インクの吐出効率に優れた、応答速度が速
く、しかも印字品質の良い小型のインクジェットヘッド
を実現することができる。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの断面図であ
る。

【図２】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給
口部を説明するための部分上面図である。

【図３】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給
口部を説明するための第１の部分断面図である。

【図４】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給
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。

【図５】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給
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。

【符号の説明】

１ ノズル基板 ２ キャビティ基板 ３ 電極基板 ４ 振動板 ５ 個別インク室 ６ 共通インク室 ７ 共通電極 ８ ノズル孔 ９ インク供給口部 １０ 凹部 １１ 個別電極 １２ インク取入れ口 １３ 封止材 １４ 電極端子 ２０ 仕切り壁部 ２０ａ 仕切り壁部の上面 ２０ｂ、２０ｃ 仕切り壁部のエッジ ２０ｄ、２０ｅ 仕切り壁部の傾斜面 ２１、３２ 浅い溝部 ２２ 縁 ２３、２５、３５、３６ 連通部 ２４ 溝部 ２６ 連通路 ２７、３４ 柱状突起 ３０、３１ 深い溝部 ３３ 突部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF06 AG12 AG31 AG54 AP02 AP31 AP34 AQ01 AQ02 BA04 BA15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   の単一流路部と複数の分流路部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は、前記共通イン
   ク室から個別インク室に向かって、断面積が漸次減少し
   ていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【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。
3. 【請求項３】 請求項１において、 インク供給口部は第一の基板に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溝加工された後、個
   別インク室、共通インク室を加工した第二の基板と接合
   して形成することを特徴とするインクジェットヘッドの
   製造方法。