JP2004074675A - インクジェットヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インクジェットヘッド1の共通インク室6から個別インク室5にインクを供給するインク供給路7は、単一流路部分72と、この単一流路部分の途中位置に形成された複数の分流路73からなる分流路部分74とを備え、各分流路73の矩形断面の対角線長さはインクノズルのノズル径よりも小さい寸法とされ、単一流路部分72の深さは分流路73と同一とされ、各分流路73の配列方向をインクの流れ方向Aに対して傾斜した方向としてある。インクノズルに目詰まりを起こす惧れのある大きさの異物は各分流路73で捕捉される。インク供給路を経由して個別インク室に流れ込むインクの流れに淀みが発生しないので、気泡がインク供給路に滞留しない。単一流路部分72と分流路部分74では音響抵抗およびイナータンスが異なるので、インクジェットヘッドの応答性および印字品質が共に改善される。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、応答性および印字品質を共に改善可能なインク流路を備えたインクジェットヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットヘッドとしては、インクを貯留しているインク室の容積変動により、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形式のものが知られている。この形式のインクジェットヘッドには圧電式および静電駆動式のものがある。圧電式のインクジェットヘッドでは、振動板と圧電素子からなる振動系を備え、静電駆動式のものでは対向電極間に発生する静電気力により振動する振動板からなる振動系を備えている。
【0003】
このような振動系を備えたインクジェットヘッドの特性は、そのイナータンス、音響容量、音響抵抗を用いて電気的等価回路として表すことができる。例えば、特開昭58−5269号公報、同61−141566号公報には、圧電式のインクジェットヘッドの電気的等価回路が開示されている。一般に、長さおよび断面形状が同一の場合には、その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まり、音響抵抗を小さくすると、イナータンスも小さくなる。
【0004】
ここで、インクジェットヘッドは一般に多数のインクノズルを備えており、各インクノズルがそれぞれ連通している個別インク室にインクを供給するために、外部からインクを共通インク室に一旦供給し、この共通インク室から各個別インク室に対してそれぞれインク供給路を介してインクを供給するようしている。この場合、インクジェットヘッドの応答性を改善するためには、インク通路、特に共通インク室と各個別インク室を連通しているインク供給路の音響抵抗を小さくすることが望ましい。しかし、音響抵抗を小さくすると、イナータンスも小さくなる。イナータンスが小さいと、インク吐出後の共通インク室の圧力振動が吐出インクのインクスピードに影響を及ぼし、所望の印字品質を満足するインクスピードを得ることができないので、印字品質が低下してしまう。
【0005】
そこで、本願人は、特開2001−96738号公報において、インクジェットヘッドの応答性の改善と印字品質の改善を両立させるために、共通インク室と各個別インク室を連通しているインク供給路に、単一流路部分と、断面積が小さい複数の分流路からなる分流路部分を形成する構成を提案している。このように、音響抵抗およびイナータンスが異なる部分をインク供給路に形成することにより、応答速度が速く、良好な印字品質を確保可能なインクジェットヘッドを得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、インクノズルのノズル径よりも大きな異物が、共通インク室から個別インク室内にインクと共に進入した場合にはインクノズルに目詰まりが発生する惧れがある。そこで、これらの間を連通してインク供給路においてノズル径よりも大きな異物を捕捉できるようにする必要がある。このためには、上記の公開公報に開示されている単一流路部分と分流路部分を備えたインク供給路において、分流路部分を形成している各分流路の断面積を小さくして異物通過を阻止できるようにすることが考えられる。
【0007】
しかしながら、分流路の断面積を小さくすると、分流路部分においてインク通路断面積が急激に絞られるので、当該分流路部分の手前にインクの淀み領域が形成されてしまい、ここが気泡溜まりとなる惧れがある。例えば、インクの初期充填時あるいはインクカートリッジ交換時におけるインク充填時には、気泡を抱き込んだインクが供給される可能性が高く、インクに含まれている気泡がインク供給路の手前部分(共通インク室側の位置)に溜まり易い。気泡が溜まると、共通インク室から個別インク室へのインク供給が阻害され、インクノズルがインク液滴の吐出不良あるいは吐出不能状態に陥り、印字品質が低下してしまう。
【0008】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、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路の構造を工夫することにより、応答性および印字品質の両立を図ると共に、インクノズルの目詰まりの原因となる異物を捕捉でき、しかも、インク液滴の吐出不良・不能の原因となる気泡溜まりが発生しないようにしたインクジェットヘッドを提案することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、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インク供給路とを有し、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が吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、単一流路部分と、この単一流路部分の途中位置に形成された複数の分流路からなる分流路部分とを備え、
各分流路の断面は矩形であり、当該矩形断面の対角線長さは、前記インクノズルのノズル径よりも小さい寸法とされており、
前記単一流路部分の深さは前記分流路と同一であり、
各分流路の配列方向は、インクの流れ方向に対して傾斜した方向であることを特徴としている。
【0010】
このインク供給路を備えたインクジェットヘッドでは、共通インク室からインク供給路を介して個別インク室に流入するインクに混入している異物のうち、インクノズルに目詰まりを起こす惧れのある大きさのものは、各分流路を通過できず、ここで捕捉される。よって、インクノズルの目詰まりを防止できる。
【0011】
また、インク供給路は全体として深さが一定であり、且つ、インク流路断面が小さな分流路部分では、各分流路がインク流れ方向に対して斜めに配列されている。各分流路を斜めに配列すると、同一幅の部分により多くの分流路を形成できる。このように全体として深さが同一であり、しかも、分流路部分でのインク流路断面積も大きく取れるので、共通インク室から当該インク供給路を経由して個別インク室に流れ込むインクの流れに淀みが発生することを防止あるいは抑制できる。従って、気泡がインク供給路に滞留して、共通インク室から個別インク室へのインクの供給が阻害され、インクノズルのインク液滴の吐出不良・不能が引き起こされてしまうことを防止できる。
【0012】
これに加えて、インク供給路における単一流路部分と分流路部分とでは音響抵抗およびイナータンスが異なっており、これら音響抵抗およびイナータンスが異なる部分を形成することにより、インクジェットヘッドの応答性および印字品質も改善される。
【0013】
ここで、インクジェットヘッドは一般に半導体基板から構成され、共通インク室は半導体基板の表面に異方性エッチングを施すことにより形成される。この場合、共通インク室におけるインク供給路側の縁がインクの流れ方向に対して傾斜した状態にエッチングされることがある。このような場合には、加工性などの点を考慮して、分流路の配列方向を当該開口縁部分に平行な方向とすればよい。
【0014】
また、前記共通インク室における前記インク供給路側の縁と、前記個別インク室における前記インク供給路側の縁との距離を53〜63μmの範囲内の値にすれば、換言すると、インク供給路の長さをこの範囲内の値にすれば、当該インク供給路の流路抵抗の増加およびイナータンスの減少を抑制でき、インクジェットヘッドのインク吐出特性を良好な状態に保持できることが確認された。
【0015】
次に、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インク供給路とを有し、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が吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、前記共通インク室に連通している共通インク室側単一流路部分と、前記個別インク室に連通している個別インク室側単一流路部分と、前記共通インク室側単一流路部分に形成された複数の分流路からなる分流路部分とを備えており、
各分流路の断面は矩形であり、当該矩形断面の対角線長さは、前記インクノズルのノズル径よりも小さい寸法とされており、
前記共通インク室側単一流路部分の深さは前記分流路と同一であり、
前記個別インク室側単一流路部分の深さは前記分流路よりも大きな寸法とされていることを特徴としている。
【0016】
このインク供給路を備えたインクジェットヘッドでは、共通インク室からインク供給路を介して個別インク室に流入するインクに混入している異物のうち、インクノズルに目詰まりを起こす惧れのある大きさのものは、各分流路を通過できず、ここで捕捉される。よって、インクノズルの目詰まりを防止できる。
【0017】
また、インク供給路における共通インク室側から分流路部分を経て個別インク室側単一流路部分に到るまでの部分は同一深さとされているので、インクの流れに淀みが発生することを防止あるいは抑制できる。よって、気泡がインク供給路における共通インク室側の部分に滞留して、共通インク室から個別インク室へのインクの供給が阻害され、インクノズルのインク液滴の吐出不良・不能が引き起こされてしまうことを防止できる。
【0018】
さらに、インク供給路における共通インク室側単一流路部分、分流路部分、および個別インク室側単一流路部分では音響抵抗およびイナータンスが異なっており、これら音響抵抗およびイナータンスが異なる部分を形成することにより、インクジェットヘッドの応答性および印字品質が共に改善される。
【0019】
この場合においても、各分流路の配列方向を、インクの流れ方向に対して傾斜した方向にすれば、同一幅内に配置可能な分流路の本数を増加させて流路抵抗を下げることができる。例えば、共通インク室側単一流路部分の長さが加工誤差に応じて増加して流路抵抗が増加しても、インク供給路全体の流路抵抗を許容範囲内の値に保持することが可能である。
【0020】
一般的にインクジェットヘッドは半導体基板から構成され、共通インク室が半導体基板の表面に異方性エッチングを施すことにより形成される場合には、共通インク室におけるインク供給路側の縁が、インクの流れ方向に対して傾斜した状態になることがある。この場合には、加工性の点などを考慮して、分流路の配列方向を当該縁に平行な方向とすればよい。
【0021】
また、前記共通インク室側単一流路部分の長さは短い程良いが、加工誤差などを考慮して、前記共通インク室側単一流路部分の長さを約33μmとしておくことが望ましい。
【0022】
次に、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インク供給路とを有し、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が吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、前記共通インク室に連通している共通インク室側単一流路部分と、前記個別インク室に連通している個別インク室側単一流路部分と、これらの間を連通している連通路部分と、この連通路部分の途中位置に形成された複数の第1の分流路からなる第1の分流路部分と、前記共通インク室側単一流路部分の途中位置に形成された複数の第2の分流路からなる第2の分流路部分とを備えており、
前記第1の分流路の断面は矩形であり、当該矩形断面の対角線長さは、前記インクノズルのノズル径よりも小さい寸法とされており、
前記連通路部分の深さは前記第1の分流路と同一であり、
前記共通インク室側単一流路部分、前記第2の分流路および前記個別インク室側単一流路部分の深さは前記連通路部分よりも大きな寸法とされていることを特徴としている。
【0023】
このインク供給路を備えたインクジェットヘッドでは、共通インク室からインク供給路を介して個別インク室に流入するインクに混入している異物のうち、インクノズルに目詰まりを起こす惧れのある大きさのものは、第1の分流路部分の第1の分流路を通過できず、ここで捕捉される。よって、インクノズルの目詰まりを防止できる。
【0024】
また、インク供給路における共通インク室側単一流路部分に流入したインクは、第2の分流路部分で流速が早くなり、しかる後に、連通路部分および第1の分流路部分で更に流速が早くなる。このように徐々に流速が増加しているので、インクの流れの淀みが発生しないので、気泡が滞留することを抑制あるいは防止できる。これに加えて、第2の分流路部分では、各第2の分流路を仕切っている隔壁あるいは突起に、流速の増したインクが衝突してそこに混入している気泡が細かな気泡に分割され。当該共通インク室側単一流路部分に留まることなく個別インク室側に流れる。よって、気泡溜まりの発生を確実に防止できる。
【0025】
さらに、インク供給路には音響抵抗およびイナータンスが異なる部分が形成されているので、インクジェットヘッドの応答性および印字品質が共に改善される。
【0026】
ここで、前記第1の分流路部分における前記第1の分流路の配列方向を、インクの流れ方向に対して傾斜した方向とすることが望ましい。
【0027】
この場合、前記第1の分流路の配列方向は、前記共通インク室における前記インク供給路側の縁と平行な方向とすることが望ましい。
【0028】
一方、本発明は、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る静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドに適用することができる。
【0029】
また、本発明は、表面に異方性エッチングまたはICPプラズマエッチングによって加工された複数の凹部を備えた第1および第2の半導体基板が相互に接合され、これらの間に前記共通インク室、前記個別インク室および前記インク供給路が形成された構成のインクジェットヘッドに適用することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明を適用した静電駆動式のインクジェットヘッドの一例を説明する。
【0031】
(全体構成)
図1は本例の静電駆動式インクジェットヘッドの断面図である。インクジェットヘッド1は、シリコン製のキャビティ基板2を挟み、上側にシリコン製のノズル基板3が積層され、下側にガラス製の電極基板4が積層された3層構造となっている。
【0032】
中央のキャビティ基板2には、その表面からエッチングを施すことにより、独立した複数の細長い個別インク室5と、1つの共通インク室6と、この共通インク室6を各個別インク室5に連通させている複数のインク供給路7としてそれぞれ機能する溝が形成されている。これらの溝がノズル基板3によって塞がれて、各部分5、6、7が区画形成されている。インク供給路7を精度良く形成するためにはICPプラズマエッチングによることが望ましい。
【0033】
また、共通インク室6の下面を規定する部分には、インク取り入れ口8が形成されている。インクは、外部のインクタンク(図示せず)から、インク取り入れ口8を通って共通インク室6に供給され、ここから各インク供給路7を通って、独立した個別インク室5に供給される。
【0034】
ノズル基板3には、各個別インク室5の先端側の部分に対応する位置、すなわち、インク供給路7とは反対側となる位置に、インクノズル9が形成されており、各インクノズル9は対応する個別インク室5に連通している。個別インク室5の底面には、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5aとして機能する部分が形成されている。
【0035】
電極基板4において、キャビティ基板2に接合される上面には、各振動板5aに対峙する位置に、浅くエッチングされた凹部4aが形成されている。この凹部4aの底面には、振動板5aに対峙する個別電極11が形成されている。個別電極11は、ITOからなるセグメント電極部分11aと、外部に露出している電極端子部11bを有している。
【0036】
電極基板4をキャビティ基板2に接合することにより、各個別インク室5の底面を規定している振動板5aと個別電極11のセグメント電極部分11aとが、非常に狭い隙間で対峙する。この隙間は封止剤12によって封止され、密閉状態とされている。
【0037】
キャビティ基板2には、共通電極端子13が形成され、ここと、各個別電極11との間に、電圧印加手段14によって駆動電圧が印加される。キャビティ基板2は導電性であるので、各振動板5aは共通電極として機能する。
【0038】
共通電極である振動板5aと個別電極11の間に駆動電圧を印加することにより発生する静電気力により、振動板5aを個別電極側に吸引すると、振動板5aが弾性変形してセグメント電極11aの側に撓み、当該セグメント電極11aの表面に吸着する。この結果、個別インク室5の容積が増加して、インク供給口部7を介して共通インク室6の側からインクが個別インク室5に流入する。
【0039】
静電吸引力が解除されると、振動板5aはその弾性復帰力によってセグメント電極11aの表面から離れて初期状態に復帰する。この結果、個別インク室5の容積が急激に減少する。この時に発生する個別インク室5内のインク圧力振動によって、個別インク室5内のインクの一部が、インクノズル9からインク液滴として吐出される。このような振動板5aおよび個別電極11を備えた静電アクチュエータの動作は公知であるので、これ以上の説明は省略する。
【0040】
(インク供給路)
図2(a)はキャビティ基板2におけるインク供給路7が形成されている部分を中心に示す平面図であり、図2(b)はそのb−b線で切断した部分を示す部分断面図である。
【0041】
これらの図を参照して説明すると、共通インク室6および個別インク室5はキャビティ基板2の表面に異方性エッチングを施すことにより形成された凹部によって規定されており、異方性エッチングによって残ったこれら共通インク室6および個別インク室5の間を仕切っている仕切り壁部分21は台形の断面形状となっている。この仕切り壁部分23はほぼ平行四辺形をした上面21aを備え、その両側辺22、23からは、共通インク室6の側に傾斜している傾斜面24、および個別インク室5の側に傾斜している傾斜面25が延びている。側辺22は共通インク室6のインク供給路側の開口縁部分であり、側辺23は個別インク室5のインク供給路側の開口縁部分である。また、傾斜面24と共通インク室6の底面6aは入り隅26で交差し、傾斜面25と個別インク室5の底面5aは入り隅27で交差している。
【0042】
ノズル基板3におけるキャビティ基板2との合わせ面には、図2(a)において想像線で示すように、各仕切り壁部分21に対峙している部分を浅く矩形状にエッチングすることにより、溝部分70が形成されている。この溝部分70は、各仕切り壁部分21の上面21aの両側辺22、23からそれぞれ共通インク室6の側および個別インク室5の側に延びている。この溝部分70の底面71と、仕切り壁部分21の上面21aの間に、ほぼ個別インク室5と同一幅のインク供給路7が形成されている。本例では、インク供給路7の長さ、即ち、共通インク室側の開口縁部分22と個別インク室側の開口縁部分23の距離Lを約58μmとなるようにしてある。
【0043】
ここで、本例のインク供給路7は、単一流路部分72と、この単一流路部分72の途中位置、本例では中間位置に形成された複数の分流路73からなる分流路部分74とを備えた構成となっている。分流路部分74は、溝部分70を形成時に、一定間隔でほぼ矩形断面の突起75が残るようにエッチングを行うことにより形成されたものであり、これら突起75の間に複数の分流路73が形成されている。
【0044】
また、本例では、各分流路73の配列方向を、矢印Aで示すインクの流れ方向に対して傾斜した方向としてあり、更に詳しくは、共通インク室6のインク供給路側の開口縁部分22に平行な方向としてある。さらに、各分流路73の矩形断面の対角線長さを、インクノズル9のノズル径よりも小さい寸法としてある。
【0045】
この構成のインク供給路7では、インク通路断面積が小さくなっている分流路部分74が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72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。
【0046】
本例のインクジェットヘッド1を用いて実験を行ったところ、単一流路部分72および分流路73の深さ、分流路73の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1の応答速度を高め、しかも良好な印字品質を得るために必要なインク吐出スピードを確保可能なことが確認された。
【0047】
また、各分流路73の矩形断面の対角線長さがインクノズル9のノズル径よりも小さいので、インクノズル9の目詰まりの原因となるような大きさの異物は、当該インク供給路7において捕捉され、個別インク室5の側に侵入することが阻止される。よって、インクノズル9の目詰まりを確実に防止できる。
【0048】
さらに、インク供給路7は全体として深さ一定のインク流路であるので、当該インク供給路7を経由するインク流には、気泡滞留の原因となるようなインク淀み領域が発生しない。よって、インク供給路7に気泡が滞留して、共通インク室6から個別インク室5へのインクの供給が阻害され、インクノズル9に吐出不良・不能が発生してしまうことを確実に防止できる。
【0049】
また、本例ではインク供給路7を規定しているキャビティ基板2の仕切り壁部分21の上面21aの幅Lを58μmにしてある。一般に、共通インク室6、個別インク室5の加工のばらつき、キャビティ基板2とノズル基板3の貼り合わせ誤差などに起因して、キャビティ基板2の側の上面21aとノズル基板3の側の溝部分70の間にずれが生ずる。上面21aの幅が短いと、分流路73を形成するための突起75が上面21aから外れる惧れもある。かかる加工誤差を考慮すれば、上面21aの幅、すなわちインク供給路7の長さをなるべく長くすることが望ましい。しかし、インク供給路7を長くしすぎると、その流路抵抗が増加し、インク吐出特性が低下する惧れがある。本例では、幅を58μmとすることにより、加工誤差による弊害およびインク吐出特性の低下を回避することができる。なお、本発明者等の実験によれば、この幅は53〜63μmの範囲内の値とすれば良好な結果が得られることが確認された。
【0050】
(インク供給路の第2の実施例)
次に、図3(a)、(b)には上記のインク供給路の代わりに用いることのできるインク供給路の例を示してある。これらの図に示すように、本例のインク供給路107も、キャビティ基板2における共通インク室6と個別インク室5の間に形成されている台形断面の仕切り壁部分121の平行四辺形をした上面121aと、ノズル基板3に形成された溝部分170とによって形成されている。溝部分170は全体として個別インク室5とほぼ同一幅の溝であるが、共通インク室6の側の部分においては浅溝部分170aとされ、個別インク室5の側の部分においてはこれよりも大幅に深い深溝部分170bとされている。また、浅溝部分170aにおける深溝部分170bに隣接した位置には、溝部分170のエッチング時に矩形断面の突起175が一定間隔で残された状態となっている。
【0051】
従って、この構成の溝部分170と平坦な上面121aとの間に形成されている本例のインク供給路107は、浅溝部分170aによって規定されている共通インク室6に連通している共通インク室側単一流路部分171と、深溝部分170bによって規定されている個別インク室5に連通している個別インク室側単一流路部分172と、突起175の間に形成されている複数の分流路173からなる分流路部分174とを備えている。
【0052】
各分流路173は矩形断面形状をしており、共通インク室側単一流路部分171の深さは分流路173と同一である。これに対して、個別インク室側単一流路部分172の深さは大幅に大きな寸法になっている。
【0053】
また、本例では、各分流路173の配列方向は、インクの流れ方向Aに対して傾斜した方向であり、共通インク室6におけるインク供給路側の開口縁部分122および個別インク室におけるインク供給路側の開口縁部分123に平行な方向とされている。
【0054】
さらに、各分流路173の矩形断面の対角線寸法は、インクノズル9のノズル径よりも小さな寸法に設定されている。また、共通インク室側単一流路部分171の長さ、すなわち、上面121aの開口縁部分122から各突起175までの長さが約33μmとなるように設定されている。
【0055】
この構成のインク供給路7においても、インク通路断面積が小さくなっている分流路部分174が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171、172、特に深い単一流路部分172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。
【0056】
本例のインクジェットヘッド1を用いて実験を行ったところ、単一流路部分171、172の深さおよび長さ、分流路173の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1の応答速度を高め、しかも良好な印字品質を得るために必要なインク吐出スピードを確保可能なことが確認された。
【0057】
また、各分流路173の矩形断面の対角線長さがインクノズル9のノズル径よりも小さいので、インクノズル9の目詰まりの原因となるような大きさの異物は、当該インク供給路107において捕捉され、個別インク室5の側に侵入することが阻止される。よって、インクノズル9の目詰まりを確実に防止できる。
【0058】
さらに、インク供給路107における共通インク室6の側から分流路部分174までは同一深さであるので、インクの流れに淀みが発生することを防止あるいは抑制できる。よって、気泡がインク供給路107における共通インク室側の部分に滞留して、共通インク室6から個別インク室5へのインクの供給が阻害され、インクノズル9に吐出不良・不能が発生してしまうことを防止できる。
【0059】
これに加えて、本例においても、各分流路173の配列方向を、インクの流れ方向Aに対して傾斜した方向にしてあるので、同一幅内に配置可能な分流路の本数を増加させて流路抵抗を下げることができる。従って、共通インク室側単一流路部分171の長さが加工誤差に応じて増加して流路抵抗が増加しても、インク供給路107の全体の流路抵抗を許容範囲内の値に保持することが可能である。
【0060】
なお、インクジェットヘッド1は半導体基板から構成されており、共通インク室6および個別インク室5は半導体基板の表面に異方性エッチングを施すことにより形成されており、共通インク室6および個別インク室5におけるインク供給路側の開口縁部分122、123が、インクの流れ方向Aに対して傾斜した状態になっている。本例ではこの傾斜に着目して、加工性の点などを考慮して、分流路の配列方向を当該開口縁部分に平行な方向としてある。
【0061】
一方、本例では、共通インク室側単一流路部分171の長さを33μmとしてある。この共通インク室側単一流路部分171の長さは短い程良いが、共通インク室や個別インク室の加工誤差に起因する上面121aの長さのばらつき、基板の貼り合せ誤差などを考慮すると、突起175が上面121aから外れた状態で基板が貼り合せる惧れがある。本例のように共通インク室側単一流路部分171の長さを設定しておけば、このような弊害を回避することができ、しかも、インク吐出特性も良好な状態に保持できる。
【0062】
(インク供給路の実施例3)
次に、図4(a)、(b)には、上記のインク供給路7の代わりに用いることのできるインク供給路の更に別の実施例を示してある。これらの図に示すように、本例のインク供給路207も、キャビティ基板2における共通インク室6と個別インク室5の間に形成されている台形断面の仕切り壁部分221の平行四辺形をした上面221aと、ノズル基板3に形成された溝部分270とによって形成されている。溝部分270は全体として同一深さであるが、共通インク室6および個別インク室5の側の部分において幅が狭く、中央部分において幅が広くなっている。また、この幅広の中央部分には一定の長さの浅溝部分270aが形成されており、この浅溝部分270aの底面からは幅方向に向けて一定間隔で矩形断面の突起275が突出している。さらに、共通インク室6の側の狭い幅の部分から中央の広い幅の部分に向けて幅が漸増する部分にはその幅方向の中央にほぼ円形断面の1本の突起276が形成されている。
【0063】
この構成の溝部分270と平坦な上面221aとの間に形成されている本例のインク供給路207は、共通インク室6に連通している共通インク室側単一流路部分271と、個別インク室に連通している個別インク室側単一流路部分272と、これらの間を連通している浅溝部分270aによって規定される連通路部分277と、この連通路部分277の途中位置に形成された複数の突起275によって規定される第1の分流路273からなる第1の分流路部分274と、共通インク室側単一流路部分271の途中位置に形成された突起276によって規定される複数の第2の分流路278(本例では2本の分流路)からなる第2の分流路部分279が形成されている。さらに、第1の分流路273の矩形断面の対角線長さは、インクノズル9のノズル径よりも小さい寸法とされている。
【0064】
このインク供給路207を備えたインクジェットヘッド1では、共通インク室6からインク供給路207を介して個別インク室5に流入するインクに混入している異物のうち、インクノズルに目詰まりを起こす惧れのある大きさのものは、第1の分流路部分274の第1の分流路273を通過できず、ここで捕捉される。よって、インクノズル9の目詰まりを防止できる。
【0065】
また、インク供給路207における共通インク室側単一流路部分271に流入したインクは、第2の分流路部分279で流速が早くなり、しかる後に、連通路部分277および第1の分流路部分274で更に流速が早くなる。このように徐々に流速が増加してインクの流れの淀みが発生しないので、気泡が滞留することを抑制あるいは防止できる。これに加えて、第2の分流路部分279では、各第2の分流路278を仕切っている突起276に、流速の増したインクが衝突してそこに混入している気泡が細かな気泡に分割される。よって、気泡は当該共通インク室側単一流路部分271に留まることなく個別インク室5の側に流れる。よって、気泡溜まりの発生を確実に防止できる。
【0066】
さらに、インク供給路207には音響抵抗およびイナータンスが異なる部分が形成されているので、インクジェットヘッド1の応答性および印字品質を共に改善可能である。
【0067】
なお、本例においても、第1の分流路部分274の流路抵抗を低減するためには、分流路273を幅方向に対して傾斜した方向に配列して、流路断面積を増加すればよい。また、この場合には、共通インク室6、個別インク室5の開口縁部分222、223と平行となるようにすることが望ましい。
【0068】
(その他の実施の形態)
なお、上記の例では、分流路部分を形成するための突起73、173、273を矩形断面としてあるが、それ以外の断面形状にすることも可能である。同様に、突起276はほぼ円形断面であるが、楕円形や菱形、流線形などの断面形状にすることも可能である。さらに、これらの突起の個数、すなわち、分流路の数は、ここに実施例に応じて設定されるべき性質のものであり、上記の各実施例に限定されるものではない。
【0069】
次に、上記の例は、インク液滴を基板上面に設けたノズルから吐出させるフェイスイジェクトタイプのインクジェットに本発明を適用したものであるが、基板の端面にノズルを形成したエッジイジェクトタイプのインクジェットヘッドに対しても本発明を同様に適用できることは勿論である。
【0070】
また、上記の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なことは勿論である。
【0071】
【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、その共通インク室から個別インク室にインクを供給するためのインク供給路に、音響抵抗およびイナータンスの異なる部分を形成してある。また、矩形断面の対角線長さがインクノズルのノズル径よりも小さな分流路を複数備えた分流路部分を形成してある。さらには、共通インク室側からインク供給路の分流路部分を経由して個別インク室側に向かうインク流に淀み部分が発生しないようにしてある。
【0072】
従って、本発明によれば、インクジェットヘッドの応答性および印字品質を双方ともに改善することができると共に、異物混入に起因するインクノズルの目詰まりを防止でき、しかも、気泡滞留に起因するインク吐出不良・不能を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した静電駆動式のインクジェットヘッドの断面図である。
【図2】図1のインク供給路を説明するための図であり、(a)は図1のインクジェットヘッドのキャビティ基板の部分上面図であり、(b)はインクジェットヘッドのインク供給路を含む部分の部分断面図である。
【図3】図2のインク供給路の別の例を説明するための図であり、(a)は図1のインクジェットヘッドのキャビティ基板の部分上面図であり、(b)はインクジェットヘッドのインク供給路を含む部分の部分断面図である。
【図4】図2のインク供給路の更に別の例を説明するための図であり、(a)は図1のインクジェットヘッドのキャビティ基板の部分上面図であり、(b)はインクジェットヘッドのインク供給路を含む部分の部分断面図である。
【符号の説明】
1 インクジェットヘッド
2 キャビティ基板
3 ノズル基板
4 電極基板
5 個別インク室
5a 振動板
6 共通インク室
7、107、207 インク供給路
9 インクノズル
11 個別電極
21、121、221 仕切り壁部分
21a、121a、221a 仕切り壁部分の上面
22、23、122、123 開口縁部分
70、170、270 溝部分
71 溝部分の底面
170a、270a 浅溝部分
170b 深溝部分
72、171、172 単一流路部分
73、173、273、278 分流路
74、174、274 分流路部分
75、175、275、276 突起
A インクの流れ方向
Claims (12)
- 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インク供給路とを有し、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が吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、単一流路部分と、この単一流路部分の途中位置に形成された複数の分流路からなる分流路部分とを備え、
各分流路の断面は矩形であり、当該矩形断面の対角線長さは、前記インクノズルのノズル径よりも小さい寸法とされており、
前記単一流路部分の深さは前記分流路と同一であり、
各分流路の配列方向は、インクの流れ方向に対して傾斜した方向であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項1において、
前記共通インク室における前記インク供給路側の縁は、インクの流れ方向に対して傾斜しており、
各分流路の配列方向は、当該縁に平行な方向であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項1または2において、
前記共通インク室における前記インク供給路側の縁と、前記個別インク室における前記インク供給路側の縁との距離が53〜63μmの範囲内の値であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 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インク供給路とを有し、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が吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、前記共通インク室に連通している共通インク室側単一流路部分と、前記個別インク室に連通している個別インク室側単一流路部分と、前記共通インク室側単一流路部分の途中位置に形成された複数の分流路からなる分流路部分とを備えており、
各分流路の断面は矩形であり、当該矩形断面の対角線長さは、前記インクノズルのノズル径よりも小さい寸法とされており、
前記共通インク室側単一流路部分の深さは前記分流路と同一であり、
前記個別インク室側単一流路部分の深さは前記分流路よりも大きな寸法であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項4において、
各分流路の配列方向は、インクの流れ方向に対して傾斜した方向であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項5において、
前記共通インク室における前記インク供給路側の縁は、インクの流れ方向に対して傾斜しており、
前記分流路の配列方向は、当該縁と平行な方向であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項4、5または6において、
前記共通インク室側単一流路部分の長さは約33μmであることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 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インク供給路とを有し、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が吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、前記共通インク室に連通している共通インク室側単一流路部分と、前記個別インク室に連通している個別インク室側単一流路部分と、これらの間を連通している連通路部分と、この連通路部分の途中位置に形成された複数の第1の分流路からなる第1の分流路部分と、前記共通インク室側単一流路部分の途中位置に形成された複数の第2の分流路からなる第2の分流路部分とを備えており、
前記第1の分流路の断面は矩形であり、当該矩形断面の対角線長さは、前記インクノズルのノズル径よりも小さい寸法とされており、
前記連通路部分の深さは前記第1の分流路と同一であり、
前記共通インク室側単一流路部分および前記個別インク室側単一流路部分の深さは前記連通路部分よりも大きな寸法であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項8において、
前記第1の分流路部分における前記第1の分流路の配列方向は、インクの流れ方向に対して傾斜した方向であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項9において、
前記共通インク室における前記インク供給路側の縁は、インクの流れ方向に対して傾斜しており、
前記第1の分流路の配列方向は、当該縁と平行な方向であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項1ないし10のうちのいずれかの項において、
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る静電アクチュエータ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1ないし11のうちのいずれかの項において、
表面に異方性エッチングまたはICPプラズマエッチングによって加工された複数の凹部を備えた第1および第2の半導体基板が相互に接合され、これらの半導体基板の間に、前記共通インク室、前記個別インク室および前記インク供給路が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
Priority Applications (1)
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JP2002240419A JP2004074675A (ja) | 2002-08-21 | 2002-08-21 | インクジェットヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2002240419A JP2004074675A (ja) | 2002-08-21 | 2002-08-21 | インクジェットヘッド |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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
- 2002-08-21 JP JP2002240419A patent/JP2004074675A/ja not_active Withdrawn
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