JP2827413B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
インクジェット記録ヘッドInfo
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- JP2827413B2 JP2827413B2 JP6581590A JP6581590A JP2827413B2 JP 2827413 B2 JP2827413 B2 JP 2827413B2 JP 6581590 A JP6581590 A JP 6581590A JP 6581590 A JP6581590 A JP 6581590A JP 2827413 B2 JP2827413 B2 JP 2827413B2
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- JP
- Japan
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- ink
- substrate
- groove
- recording head
- pressurizing chamber
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
この発明は、基板の溝がドライエッチングによって加
工され印字品質の向上が図られるインクジェット記録ヘ
ッドに関する。
工され印字品質の向上が図られるインクジェット記録ヘ
ッドに関する。
従来、微細なノズルよりインクを噴射して紙などの記
録媒体上に付着させて記録を行う方法は、インクジェッ
ト記録方法として知られている。そして、その原理の一
つとしてオン・デマンド型インクジェット記録ヘッドが
ある。 この方式のインクジェット記録ヘッドは、一般的には
その平面図である第３図と、断面図である第４図とに示
すように、ガラス（主に感光性ガラス），金属板などに
化学的湿式エッチングやダイシングソーを用いた機械加
工等により複数のノズル12,噴射流路13,加圧室14,供給
路15を連通した溝として形成した基板11と、振動板８と
を積層，一体化したのち、加圧室14に対向する位置に電
気機械変換素子としての圧電素子９を接着した構造をと
っている。 このような構造において、圧電素子９に電気信号とし
ての電圧を印加すると、振動板８が加圧室14の内側に変
位して加圧室14の容積を急激に減少させ、その容積分に
相当するインクがノズル12から噴射され、それがインク
滴となって記録紙に点着して印字されることになる。
録媒体上に付着させて記録を行う方法は、インクジェッ
ト記録方法として知られている。そして、その原理の一
つとしてオン・デマンド型インクジェット記録ヘッドが
ある。 この方式のインクジェット記録ヘッドは、一般的には
その平面図である第３図と、断面図である第４図とに示
すように、ガラス（主に感光性ガラス），金属板などに
化学的湿式エッチングやダイシングソーを用いた機械加
工等により複数のノズル12,噴射流路13,加圧室14,供給
路15を連通した溝として形成した基板11と、振動板８と
を積層，一体化したのち、加圧室14に対向する位置に電
気機械変換素子としての圧電素子９を接着した構造をと
っている。 このような構造において、圧電素子９に電気信号とし
ての電圧を印加すると、振動板８が加圧室14の内側に変
位して加圧室14の容積を急激に減少させ、その容積分に
相当するインクがノズル12から噴射され、それがインク
滴となって記録紙に点着して印字されることになる。
以上説明したような従来の技術では、その加工方法の
ため、ノズルや加圧室，流路などの溝は、次に述べるよ
うな形状にしか形成できない。すなわち、各段差箇所、
たとえば第４図におけるノズル12と噴射流路13との、噴
射流路13と加圧室14との、加圧室14と供給路15との各段
差箇所が、ステップ状になって角になる。また、ノズル
12の底面隅部が、第５図に示すように角になる。なお、
第５図（ａ）はノズル断面が正方形、同図（ｂ）は長方
形、同図（ｃ）は逆台形の場合である。 そのため、圧電素子９に、第６図に示すようなピーク
電圧150Vの矩形波の電圧印加をおこなうと、ノズル12か
ら噴射されるインクジェットは、噴射方向に関して軸線
が曲がったり、または１個の柱にならないで、中心の柱
と、その周囲に飛び散る微小なインク滴とからなる。そ
の結果、印字品質が低下する。その原因は、前記各段
差箇所でインクの流れが乱れる、ノズルの底面隅部の
角や、ノズルの断面形状の左右非対称等のために、イン
クの流れが不均一になる、からである。 従来の加工方法による溝形状に起因する印字品質の低
下を改善するために、圧電素子への電圧印加の仕方を変
えることが試みられた。すなわち、従来の矩形波の電圧
の代わりに、第７図に示すような波形の電圧を印加す
る。 第７図において、記録ヘッドでは、初期電圧100Vでの
予備期間Ａの後に期間Ｂで、電圧を0Vまで比較的緩やか
に低下させてインク溜めから緩やかにインク吸引させ
る。次の期間Ｃで、電圧を120〜170Vまで急速に上昇さ
せて、そのインクをノズルから急速に噴射させる。さら
に次の期間Ｄで、電圧を50〜75Vにいったん下げた後に
再び初期電圧100Vまで復帰させ、ノズルに残留したイン
クを吸引させてインク垂れを防止させた後に初期状態に
復帰させる。 この方式によって、ある程度の印字品質の改善は可能
であるが、電圧印加の制御が複雑になり、それだけ信頼
性が低下し、コストが増大する欠点がある。 この発明の課題は、従来の技術がもつ以上の問題点を
解消し、溝の加工方法の改善によってインク噴射の安定
化ひいては印字品質の向上が図られるインクジェット記
録ヘッドを提供することにある。
ため、ノズルや加圧室，流路などの溝は、次に述べるよ
うな形状にしか形成できない。すなわち、各段差箇所、
たとえば第４図におけるノズル12と噴射流路13との、噴
射流路13と加圧室14との、加圧室14と供給路15との各段
差箇所が、ステップ状になって角になる。また、ノズル
12の底面隅部が、第５図に示すように角になる。なお、
第５図（ａ）はノズル断面が正方形、同図（ｂ）は長方
形、同図（ｃ）は逆台形の場合である。 そのため、圧電素子９に、第６図に示すようなピーク
電圧150Vの矩形波の電圧印加をおこなうと、ノズル12か
ら噴射されるインクジェットは、噴射方向に関して軸線
が曲がったり、または１個の柱にならないで、中心の柱
と、その周囲に飛び散る微小なインク滴とからなる。そ
の結果、印字品質が低下する。その原因は、前記各段
差箇所でインクの流れが乱れる、ノズルの底面隅部の
角や、ノズルの断面形状の左右非対称等のために、イン
クの流れが不均一になる、からである。 従来の加工方法による溝形状に起因する印字品質の低
下を改善するために、圧電素子への電圧印加の仕方を変
えることが試みられた。すなわち、従来の矩形波の電圧
の代わりに、第７図に示すような波形の電圧を印加す
る。 第７図において、記録ヘッドでは、初期電圧100Vでの
予備期間Ａの後に期間Ｂで、電圧を0Vまで比較的緩やか
に低下させてインク溜めから緩やかにインク吸引させ
る。次の期間Ｃで、電圧を120〜170Vまで急速に上昇さ
せて、そのインクをノズルから急速に噴射させる。さら
に次の期間Ｄで、電圧を50〜75Vにいったん下げた後に
再び初期電圧100Vまで復帰させ、ノズルに残留したイン
クを吸引させてインク垂れを防止させた後に初期状態に
復帰させる。 この方式によって、ある程度の印字品質の改善は可能
であるが、電圧印加の制御が複雑になり、それだけ信頼
性が低下し、コストが増大する欠点がある。 この発明の課題は、従来の技術がもつ以上の問題点を
解消し、溝の加工方法の改善によってインク噴射の安定
化ひいては印字品質の向上が図られるインクジェット記
録ヘッドを提供することにある。
この課題を解決するために、本発明に係るインクジェ
ット記録ヘッドは、 インク流路とインク加圧室とインクノズルとが連通す
る溝として形成される基板と；この基板の前記溝側に接
合され、かつ逆側の表面で前記インク加圧室に対向する
位置に圧電アクチュエータが設けられる振動板と；を備
えるインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記基板は、シリコンまたはセラミックスからなり、
前記溝は、各段差箇所と、各底面隅部とが丸みをもち、
内周面の粗さが細かくなるようにドライエッチングによ
って加工される。 また、ドライエッチングには、酸素または水素を５〜
50％含むふっ素化合物気体が反応ガスとして用いられる
こと、または300〜400nmの波長の光が併用されることが
可能である。 さらにまた、ドライエッチングは、プラズマエッチン
グであること、しかもプラズマエッチングには、100〜1
Kガウスの磁界、またはこれと等価な電界が併用される
こと、高周波印加用電極の間隔が20〜100mmの範囲であ
ること、プラズマ励起用出力密度が0.3〜1.0W/cm2の範
囲であること、反応室内のガス圧力が0.1〜0.5Torrの範
囲であること、の少なくともいずれかの条件でなされる
ことが可能である。
ット記録ヘッドは、 インク流路とインク加圧室とインクノズルとが連通す
る溝として形成される基板と；この基板の前記溝側に接
合され、かつ逆側の表面で前記インク加圧室に対向する
位置に圧電アクチュエータが設けられる振動板と；を備
えるインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記基板は、シリコンまたはセラミックスからなり、
前記溝は、各段差箇所と、各底面隅部とが丸みをもち、
内周面の粗さが細かくなるようにドライエッチングによ
って加工される。 また、ドライエッチングには、酸素または水素を５〜
50％含むふっ素化合物気体が反応ガスとして用いられる
こと、または300〜400nmの波長の光が併用されることが
可能である。 さらにまた、ドライエッチングは、プラズマエッチン
グであること、しかもプラズマエッチングには、100〜1
Kガウスの磁界、またはこれと等価な電界が併用される
こと、高周波印加用電極の間隔が20〜100mmの範囲であ
ること、プラズマ励起用出力密度が0.3〜1.0W/cm2の範
囲であること、反応室内のガス圧力が0.1〜0.5Torrの範
囲であること、の少なくともいずれかの条件でなされる
ことが可能である。
基板をシリコンまたはセラミックスにし、また基板の
溝をドライエッチングによって加工することによって、
溝は、各段差箇所と、各底面隅部とが丸みをもち、内周
面の粗さが細かくなるように形成される。その結果、圧
電アクチュエータの矩形波電圧の印加によって生じるイ
ンクの流れは、整流された均一な状態になるから、イン
ク噴射ノズルからのインクジェットは軸線が真直ぐな１
個の柱状になる。
溝をドライエッチングによって加工することによって、
溝は、各段差箇所と、各底面隅部とが丸みをもち、内周
面の粗さが細かくなるように形成される。その結果、圧
電アクチュエータの矩形波電圧の印加によって生じるイ
ンクの流れは、整流された均一な状態になるから、イン
ク噴射ノズルからのインクジェットは軸線が真直ぐな１
個の柱状になる。
本発明に係るインクジェット記録ヘッドについて、第
１図，第２図を参照しながら説明する。第１図は記録ヘ
ッドの要部の断面図である。第１図において、シリコン
またはセラミックスからなる基板１の上面には、ノズル
2,噴射流路3,加圧室4,供給路５が一つの溝として形成さ
れる。もちろん、従来例を示した第３図のように、この
溝は複数個形成される。しかも各溝については、その各
段差箇所、たとえばノズル２と噴射流路３との、噴射流
路３と加圧室４との、加圧室４と供給路５との各段差箇
所が、なだらかな曲線状になって角張ったところがな
い。 また、第２図はノズル２の変形例の断面図で、同図
（ａ）は半円形の断面図、同図（ｂ）は丸みをもつ逆台
形の断面図である。一般に溝の各部、つまりノズル2,噴
射流路3,加圧室4,供給路５は、底面隅部が丸みをもち、
内周面の粗さが細かくなるように形成される。 その結果、圧電素子９の矩形波電圧の印加によって生
じるインクの流れは、整流された均一な状態になるか
ら、ノズル２からのインクジェットは軸線が真直ぐな１
個の柱状になる。 以下、基板１の溝加工のためのドライエッチングの条
件について、具体的に詳しく説明する。 まず、ドライエッチングの反応ガスとして用いられる
ふっ素化合物気体の酸素、または水素の濃度について説
明する。結論的に言えば、酸素または水素を５〜50％含
むふっ素化合物気体が良好である。一般に、酸素または
水素の濃度が高くなるほど、加工速度が増す。したがっ
て、５％以下では、加工速度が低下して実用的でない。
反面50％以上になると、加工速度の面では良いが、内周
面の粗さが粗くなる。したがって、加工速度と加工面粗
さとの両面からみて、５〜10％のときが極めて良好、30
％のときが良好、50％のときがやや良好、と言える。 ドライエッチングにおける光の併用について説明する
と、特定波長たとえば300〜400nmの光を照射することに
よって、その照射部分の反応を活性化させ、加工を促進
させることができる。したがって、この光照射によっ
て、溝の深さの部分的調整が可能になる。 次に、プラズマエッチングの場合の条件について説明
する。 （１） プラズマエッチングにおいて、100〜1Kガウス
の磁界、またはこれと等価な電界を併用することによ
り、プラズマを溝のある部分に収束させることができ
る。そして、この部分の加工を促進させて、溝の深さを
部分的に調整することが可能になる。 （２） 高周波印加用電極の間隔は、20〜100mmの範囲
が適当である。すなわち、20mm以下でも、また100mm以
上でも、加工速度が低下して不適当である。 （３） プラズマ励起用出力密度は主として加工速度に
関係し、0.3〜1.0W/cm2の範囲が適当である。すなわ
ち、0.7〜1.0W/cm2の範囲で極めて良好、0.3〜0.6W/cm2
の範囲で良好である。 （４） 反応室内のガス圧力は、加工性と表面粗さとに
関係し、0.1〜0.5Torrの範囲が適当である。すなわち、
ガス圧力が低いほど、加工性は悪くなるが、表面粗さは
良好になる傾向で、総合的に前記の範囲が適当と判断さ
れる。 なお、（２）〜（４）の各条件はそれぞれ独立条件で
あるから、各条件を組合せることによって相乗効果を発
揮させることができる。
１図，第２図を参照しながら説明する。第１図は記録ヘ
ッドの要部の断面図である。第１図において、シリコン
またはセラミックスからなる基板１の上面には、ノズル
2,噴射流路3,加圧室4,供給路５が一つの溝として形成さ
れる。もちろん、従来例を示した第３図のように、この
溝は複数個形成される。しかも各溝については、その各
段差箇所、たとえばノズル２と噴射流路３との、噴射流
路３と加圧室４との、加圧室４と供給路５との各段差箇
所が、なだらかな曲線状になって角張ったところがな
い。 また、第２図はノズル２の変形例の断面図で、同図
（ａ）は半円形の断面図、同図（ｂ）は丸みをもつ逆台
形の断面図である。一般に溝の各部、つまりノズル2,噴
射流路3,加圧室4,供給路５は、底面隅部が丸みをもち、
内周面の粗さが細かくなるように形成される。 その結果、圧電素子９の矩形波電圧の印加によって生
じるインクの流れは、整流された均一な状態になるか
ら、ノズル２からのインクジェットは軸線が真直ぐな１
個の柱状になる。 以下、基板１の溝加工のためのドライエッチングの条
件について、具体的に詳しく説明する。 まず、ドライエッチングの反応ガスとして用いられる
ふっ素化合物気体の酸素、または水素の濃度について説
明する。結論的に言えば、酸素または水素を５〜50％含
むふっ素化合物気体が良好である。一般に、酸素または
水素の濃度が高くなるほど、加工速度が増す。したがっ
て、５％以下では、加工速度が低下して実用的でない。
反面50％以上になると、加工速度の面では良いが、内周
面の粗さが粗くなる。したがって、加工速度と加工面粗
さとの両面からみて、５〜10％のときが極めて良好、30
％のときが良好、50％のときがやや良好、と言える。 ドライエッチングにおける光の併用について説明する
と、特定波長たとえば300〜400nmの光を照射することに
よって、その照射部分の反応を活性化させ、加工を促進
させることができる。したがって、この光照射によっ
て、溝の深さの部分的調整が可能になる。 次に、プラズマエッチングの場合の条件について説明
する。 （１） プラズマエッチングにおいて、100〜1Kガウス
の磁界、またはこれと等価な電界を併用することによ
り、プラズマを溝のある部分に収束させることができ
る。そして、この部分の加工を促進させて、溝の深さを
部分的に調整することが可能になる。 （２） 高周波印加用電極の間隔は、20〜100mmの範囲
が適当である。すなわち、20mm以下でも、また100mm以
上でも、加工速度が低下して不適当である。 （３） プラズマ励起用出力密度は主として加工速度に
関係し、0.3〜1.0W/cm2の範囲が適当である。すなわ
ち、0.7〜1.0W/cm2の範囲で極めて良好、0.3〜0.6W/cm2
の範囲で良好である。 （４） 反応室内のガス圧力は、加工性と表面粗さとに
関係し、0.1〜0.5Torrの範囲が適当である。すなわち、
ガス圧力が低いほど、加工性は悪くなるが、表面粗さは
良好になる傾向で、総合的に前記の範囲が適当と判断さ
れる。 なお、（２）〜（４）の各条件はそれぞれ独立条件で
あるから、各条件を組合せることによって相乗効果を発
揮させることができる。
【発明の効果】 以上説明したように、この発明においては、基板をシ
リコンまたはセラミックスにし、また基板の溝をドライ
エッチングによって加工することによって、溝は、各段
差箇所と、各底面隅度とが丸みをもち、内周面の粗さが
細かくなるように形成され、その結果、圧電アクチュエ
ータの矩形波電圧の印加によって生じるインクの流れ
は、整流された均一な状態になるから、インク噴射ノズ
ルからのインクジェットは軸線が真直ぐな１個の柱状に
なる。 したがって、この発明によれば、従来の技術に比べ次
のようなすぐれた効果がある。 （１） たとえば、電圧130V,幅65μs,周波数4KHzの矩
形波の印加によって、初速10〜13m/secで噴射される柱
状インクの軸線曲がりが抑制されて、サテライト状印
字、つまり中心部とその周辺の衛星状部分とからなる印
字の発生がなくなった。言いかえれば、インク噴射の安
定化ひいては印字品質の向上が図れた。ちなみに、従来
例では同じ電圧の印加によって、インクジェットの初速
は６〜8m/secで、軸線曲がりとサテライト状印字を生じ
た。 （２） 基板材料をシリコンまたはセラミックスにする
ことによってコスト低減が図れる、というすぐれた効果
がある。
リコンまたはセラミックスにし、また基板の溝をドライ
エッチングによって加工することによって、溝は、各段
差箇所と、各底面隅度とが丸みをもち、内周面の粗さが
細かくなるように形成され、その結果、圧電アクチュエ
ータの矩形波電圧の印加によって生じるインクの流れ
は、整流された均一な状態になるから、インク噴射ノズ
ルからのインクジェットは軸線が真直ぐな１個の柱状に
なる。 したがって、この発明によれば、従来の技術に比べ次
のようなすぐれた効果がある。 （１） たとえば、電圧130V,幅65μs,周波数4KHzの矩
形波の印加によって、初速10〜13m/secで噴射される柱
状インクの軸線曲がりが抑制されて、サテライト状印
字、つまり中心部とその周辺の衛星状部分とからなる印
字の発生がなくなった。言いかえれば、インク噴射の安
定化ひいては印字品質の向上が図れた。ちなみに、従来
例では同じ電圧の印加によって、インクジェットの初速
は６〜8m/secで、軸線曲がりとサテライト状印字を生じ
た。 （２） 基板材料をシリコンまたはセラミックスにする
ことによってコスト低減が図れる、というすぐれた効果
がある。
第１図は本発明に係るインクジェット記録ヘッドの要部
の断面図、 第２図は変形ノズルの断面図で、同図（ａ）は半円形の
断面図、同図（ｂ）は丸みをもつ逆台形の断面図、 第３図は従来の記録ヘッドの要部の平面図、 第４図は同じくその断面図、 第５図はこの従来例の変形ノズルの断面図で、同図
（ａ）は正方形の断面図、同図（ｂ）は長方形の断面
図、同図（ｃ）は逆台形の断面図、 第６図は従来の通常の印加電圧の波形図、 第７図は従来の改善された波形図である。 符号説明 1:基板、2:ノズル、3:噴射流路、 4:加圧室、5:供給路、8:振動板、 9:圧電素子。
の断面図、 第２図は変形ノズルの断面図で、同図（ａ）は半円形の
断面図、同図（ｂ）は丸みをもつ逆台形の断面図、 第３図は従来の記録ヘッドの要部の平面図、 第４図は同じくその断面図、 第５図はこの従来例の変形ノズルの断面図で、同図
（ａ）は正方形の断面図、同図（ｂ）は長方形の断面
図、同図（ｃ）は逆台形の断面図、 第６図は従来の通常の印加電圧の波形図、 第７図は従来の改善された波形図である。 符号説明 1:基板、2:ノズル、3:噴射流路、 4:加圧室、5:供給路、8:振動板、 9:圧電素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広野 克己 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 松本 浩造 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 佐々木 光祐 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−231856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−208256（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−83667（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B41J 2/045
Claims (1)
- 【請求項１】インク流路とインク加圧室とインクノズル
とが連通する溝として形成される基板と；この基板の前
記溝側に接合され、かつ逆側の表面で前記インク加圧室
に対向する位置に圧電アクチュエータが設けられる振動
板と；を備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、前
記基板は、シリコンまたはセラミックスからなり、前記
溝は、各段差箇所と、各底面隅部とが丸みをもち、内周
面の粗さが細かくなるようにドライエッチングによって
加工されることを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6581590A JP2827413B2 (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | インクジェット記録ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6581590A JP2827413B2 (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | インクジェット記録ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03266645A JPH03266645A (ja) | 1991-11-27 |
| JP2827413B2 true JP2827413B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=13297899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6581590A Expired - Fee Related JP2827413B2 (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | インクジェット記録ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2827413B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3144115B2 (ja) * | 1993-01-27 | 2001-03-12 | ブラザー工業株式会社 | インク噴射装置 |
| KR100561370B1 (ko) * | 1999-11-04 | 2006-03-16 | 삼성전자주식회사 | 잉크분사장치의 제조방법 |
| US7651204B2 (en) | 2006-09-14 | 2010-01-26 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device |
| US8042913B2 (en) | 2006-09-14 | 2011-10-25 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device with deflective flexible membrane |
-
1990
- 1990-03-16 JP JP6581590A patent/JP2827413B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03266645A (ja) | 1991-11-27 |
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