JP2842414B2

JP2842414B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2842414B2
Application number: JP28666896A
Authority: JP
Inventors: 正俊安原
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JPH10128975A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタに使用されるインクジェットヘッドに係り、特に
必要に応じてヘッドを構成する圧電材料に電圧を印加し
て、その変形によりインク加圧室内に発生する圧力波で
ノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェットプリンタに使
用されるインクジェットヘッドでは、応答周波数向上の
ためと、他の圧力室との干渉を避けるために、インク供
給室とインク加圧室との間にインクの供給流路を兼ねた
絞り部が必要である。

【０００３】実開平７−２６１３５号公報（第１の従来
例）には、図１０に示すように、上記絞りを各インク加
圧室１０３ａ毎に個別に設けたインクジェットヘッドが
開示されている。即ち、インク加圧室１０３ａの全体を
覆う蓋部材１０５に所定間隔で貫通孔１０５ａが形成さ
れ、この貫通孔１０５ａが各インク加圧室１０３ａに連
通するようになっている。そして、この貫通孔１０５ａ
の表面側には、所定のインク供給室（図示略）が配設さ
れ、消費されたインクを随時補充するようになってい
る。

【０００４】また、特開平６−３０５１３７号公報に
は、図１１に示すように、上記絞り部を、全てのインク
加圧室１３２にわたって一本のスリット１３６としたイ
ンクジェットプリントヘッドが示されている。即ち、イ
ンク加圧室１３２を覆う蓋部材１３３に各インク加圧室
１３２の長手方向に対して直角にスリット１３６が形成
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
従来例には以下のような不都合が生じていた。即ち、第
１の従来例にかかるインクジェットヘッドでは、微少な
貫通孔を多数且つ均一に形成するのに多数の工数が必要
となる、という不都合を生じていた。また、加工された
後の微少な貫通孔のバラツキによって、各インク加圧室
に対するインクの供給特性に差異が生じる。これに起因
して、各インク加圧室に対応するノズル間で相互にイン
クの吐出特性差が発生する、という不都合を生じてい
た。

【０００６】また、第２の従来例にかかるインクジェッ
トヘッドでは、貫通孔の加工工数は低減することができ
る。しかしながら、薄くて面積が大きな蓋部材をヘッド
基板に貼り付ける際に、スリット部によって蓋部材のほ
ぼ全体が分断されているので、変形しやすく取り扱いが
困難である、という不都合を生じていた。また、蓋部材
をヘッド基板に貼り合わせた場合に、蓋部材の変形によ
ってスリットの幅が一定でなく、特にスリットの中央部
でスリット幅が両端部に比べて広がってしまう、という
不都合を生じていた。

【０００７】

【発明の目的】本発明はかかる従来例の有する不都合を
改善し、特に製造時の工数低減と、インク吐出特性のバ
ラツキの低減を実現したインクジェットヘッドを提供す
ることを、その目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明のインクジェットヘッドは、圧電材料か
らなり相互に平行な複数の細長いインク加圧室を有する
ヘッド基板と、インク加圧室全体を覆う蓋部材とを備
え、ヘッド基板の一方端にインク噴出口を設けている。
そして、蓋部材に、少なくとも２個のインク加圧室に連
通するスリットを少なくとも２本形成すると共に、当該
各スリットを相互にインク加圧室の長さ方向にずらして
配置し、各スリットを、各インク加圧室の幅方向に相互
にずらすと共に、各スリットの一部分が相互にインク加
圧室の幅方向に所定量重複する位置に各スリットを配置
する、という構成を採っている。

【０００９】以上のように構成されたことにより、ヘッ
ド基板に蓋部材を貼り付けると、各スリットがインク加
圧室とインク供給室を連通させる。特に、スリットは隣
接するもの同士で所定量の重複部が形成されており、正
確に位置決めしなくても各インク加圧室に均一にインク
を供給することができる。即ち、複数のインク加圧室に
わたったスリットとすることにより、インク加圧室毎に
微少な穴を開けるといった手間もいらず、インク加圧室
毎のバラツキも発生しない。一方、全インク加圧室にわ
たったスリットでないために、蓋部材の強度が低下せず
貼り合わせ時の取り扱いが容易であるし、スリットの端
と中央部で貼り合わせ後の幅が異なるといったことも起
こらない。

【００１０】請求項２記載の発明では、各スリットの長
さを、各インク加圧室の相互間距離の整数倍と各スリッ
ト相互の重複量とを加えた長さに設定するという構成を
採り、その他の構成は請求項１記載の発明と同様であ
る。以上のように構成することにより、各スリットが各
インク加圧室に対応して確実にインクを供給できる。ま
た、所定量の重複が有るために、多少蓋部材の貼り付け
位置がずれても、インクの供給特性に変化は生じない。

【００１１】請求項３記載の発明では、重複量を、各イ
ンク加圧室相互間の圧電材料の壁の幅より短く設定する
という構成を採り、その他の構成は請求項２記載の発明
と同様である。以上のように構成したことにより、重複
部が圧電材料の壁近傍の位置に位置決めされた場合で
も、各インク加圧室に対するインク供給特性は差異が生
じない。

【００１２】更に、請求項４記載の発明では、各スリッ
トの重複部分を、各インク加圧室の相互間に位置決めす
るという構成を採り、その他の構成は請求項４記載の発
明と同様である。以上のように構成されたことにより、
重複部がインク加圧室の相互間に位置する限り、各スリ
ットは適切にインク加圧室と連通し、全てのインク加圧
室に対して均一にインクが供給される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を参照して詳細に説明する。

【００１４】〔第１の実施形態〕〔インクジェットヘッドの構成〕先ず、図１に示すよう
に、本発明のインクジェットヘッド１は、圧電材料から
なり相互に平行な複数の細長いインク加圧室１１を有す
るヘッド基板１ａと、インク加圧室１１全体を覆う蓋部
材２とを備え、ヘッド基板１ａの一方端にインク噴出口
９が設けられている。そして、蓋部材２に、少なくとも
２個のインク加圧室１１に連通するスリット１０が少な
くとも２本形成されると共に、当該各スリット１０が相
互にインク加圧室１１の長さ方向にずらして配置され、
且つ各スリット１０が、各インク加圧室１１の幅方向に
相互にずらして配置されると共に、各スリット１０の一
部分が相互にインク加圧室１１の幅方向に所定量重複す
る位置に各スリット１０が配置されている。

【００１５】以下に詳述すると、ヘッド基板１ａは圧電
材料（圧電セラミック）から構成されており、所定のベ
ース６（図３参照）に担持されている。また、ヘッド基
板１ａはインクジェットヘッド１の基本的な構成要素と
なっているので、後述するインク加圧室１１を形成し、
またインク供給室４を担持できるように充分な大きさが
確保されている。

【００１６】ヘッド基板１ａの表面には略円弧状のイン
ク加圧室１１が形成されている。このインク加圧室１１
は、印字用のインク（図示略）を内部に貯留し、所定の
圧力を発生させてインクを外部に噴出させるためのもの
である。また、インク加圧室１１の両側には、圧電材料
からなる壁を隔てて所定のダミー溝１５ａが形成されて
いる。即ち、インク加圧室１１とダミー溝１５ａは一つ
おきに交互に形成されている。このダミー溝１５ａは、
圧電効果によるインク加圧室１１の体積変化を容易とす
るためのものである。また、ダミー溝１５ａは、スリッ
ト１０からインクが侵入しないように、インク加圧室よ
り短く形成されている。

【００１７】また、ヘッド基板１ａの上には、インク加
圧室１１のほぼ全体を覆うように蓋部材２が接着されて
いる。この蓋部材２はインク加圧室１１を覆うことによ
りインク加圧室１１を密閉空間とし、インクを確実に噴
出させるために設けられている。また、図１に示すよう
に、蓋部材２とインク加圧室１１の一端部には印字用の
インクが噴出するインク噴出口９が形成されている。本
実施形態では、ノズルプレート３に穿孔された穴がイン
ク噴出口９となっているが、このノズルプレート３を設
けず、直接蓋部材２に構成するようにしてもよい。

【００１８】蓋部材２の所定領域であって、インク加圧
室１１の他端部近傍には所定のスリット１０が形成され
ている。このスリット１０は、蓋部材２の上に担持され
るインク供給室４からのインクの通り道となるものであ
る。

【００１９】蓋部材に形成されるスリット１０について
更に詳述すると、図２に示すように、スリット１０は、
インク加圧室１１の長手方向に対して直角方向に長く形
成されている。そして、スリット１０の長さは、インク
加圧室１１の相互間距離Ｐ１の２倍より長く形成されて
おり、一本のスリット１０は二本のインク加圧室１１に
連通するようになっている。

【００２０】また、相互に隣接するスリット１０同士
は、インク加圧室１１の長手方向にずらされて配置され
ている。そして、これら隣接するスリット１０は、僅か
の重複量でインク加圧室１１の幅方向に相互に重複する
ように形成されている。このため、各スリット１０は僅
かに重複しながら互い違いに配置されている。本実施形
態のスリット１０の具体的な長さは、図２に示すよう
に、インク加圧室１１のピッチＰ１の２倍に重複量Ｌを
加えた値である。そして、各スリット１０は、インク加
圧室１１の幅方向にＰ１の２倍だけずらされて並べられ
ているので、相互に隣接するスリット１０同士はＬの長
さだけ重複する。スリット１０が以上のように配置され
ることにより、一本のスリット１０から２本のインク加
圧室１１へインクが供給されることとなる。ここで、イ
ンクジェットヘッド１の製造の際に、スリット１０は個
別の穴でないため加工工数が少なくて済む。また、スリ
ット１０の長さが短いので、スリット１０を設けた蓋部
材２のヘッド基板１ａへの貼り付けの際の取り扱いが容
易となる。

【００２１】また、図３に示すように、圧電材料からな
るヘッド基板１ａに対する電気的接続のために、電気的
パターンが形成され外部との接続用コネクタ５が取り付
けてあるベース６にヘッド基板１ａが接着されている。
そして、ボンディングワイヤ７によってヘッド基板１ａ
とベース６が接続され、さらにボンディングワイヤ７に
保護のシールド８が施されている。

【００２２】上記インク加圧室１１の内部には、図４に
示すように、圧電材料を駆動するための電極１６ａ，１
６ｂ，１６ｃ，１６ｄが設けられている。一方、ヘッド
基板１ａの上面には電極は装備されていない。即ち、上
面にマスキングを施してインク加圧室１１の内部にのみ
電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを形成し、その後
マスキングを剥がしても良いし、全面に電極１６ａ，１
６ｂ，１６ｃ，１６ｄを形成した後、上面をラッピング
することにより、上面に付いた電極用材料を取り去るよ
うにしても良い。

【００２３】更に、インク加圧室１１内には、電極１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの劣化を防止すると共に、
インクに電流が流れないようにするための保護層１４が
形成されている。水性のインクは導電性があり、電流が
流れると固体分が析出して堆積し、インク噴出口９を詰
まらせたりしてインクジェットヘッド１の信頼性を損な
うからである。このための保護層１４は、絶縁性のもの
でインクに浸されず、電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１
６ｄにも悪影響を与えないものであれば良い。ＳｉＯ₂
等をＣＶＤやスパッタで積層しても良いし、他の材料を
コーティングしても良い。

【００２４】また、ヘッド基板１ａには、圧電材料に形
成された壁１７ａ，１７ｂを圧電素子として機能させる
ために、インク加圧室１１の両側のダミー溝１５ａに形
成された電極１６ｂ、１６ｄから圧力室１１に形成され
た電極１６ｃ方向（図２中の矢印方向）に電圧が加えら
れて分極処理がなされるようになっている。

【００２５】〔インクジェットヘッドの製造〕インク加
圧室１１は、ダイシングブレード（図示略）にて形成さ
れる。実際には先ず、圧電材料からなるヘッド基板１ａ
の上面からインク加圧室１１ａの深さまでダイシングブ
レードで垂直下方に加工をすすめる。その後必要に応じ
てインク加圧室１１の長さ（図１の左右方向）分平行に
ダイシングブレードを移動させて加工し、その後垂直上
方に持ち上げる。このようにすることにより、インク加
圧室１１の前後に一定の曲率を持った傾斜面が形成され
る。

【００２６】インク噴出口９の近傍のノズルプレート３
に連通する空間の加工に関しては、インク噴出口９の内
径に合わせた適当な深さのところで溝列と直角方向に切
断する。例えば、図３を参照すると、ダイシングブレー
ドで加工されたインク加圧室１１の最左端部を切断する
と、蓋部材２とヘッド基板１ａによって形成されるイン
ク加圧室１１の空間は浅いものとなる。一方、インク加
圧室１１の中央方向に近い側で切断するほど深い空間が
形成される。

【００２７】〔インクジェットヘッドの動作〕図２乃至
図５に基づいてインクジェットヘッド１の動作を説明す
る。先ず、インクを噴出させたいインク噴出口９に対応
するインク加圧室１１に形成された電極１６ｃを共通電
極とし、インク加圧室１１の左右両側のダミー溝１５ａ
に形成された電極１６ｂ、１６ｄを個別電極としてあ
る。そして、電極１６ｂ及び１６ｄと電極１６ｃの相互
間に、駆動のための電圧が供給される（図４参照）。電
圧が加えられると圧電材料の壁１７ａ、１７ｂは、高さ
方向には縮み、幅方向には膨らむ（図５参照）。変形前
と変形後の体積変化によりインク加圧室１１内には、圧
力波が発生し、圧力波はインク噴出口９まで伝搬し、イ
ンク噴出口９からインクが噴出する。

【００２８】噴出した分のインクは、スリット１０（図
３参照）を通ってインク供給室４から補給される。イン
ク供給室４へは図示しない外部のインクタンク（図示
略）から補給されるようになっている。このとき、イン
ク供給室４からインク加圧室１１へは蓋部材２に形成さ
れたスリット１０を介してインクが供給されるが、１本
のスリットが二本のインク加圧室１１に連通しているの
で、各スリット１０からそれぞれ２本のインク加圧室１
１にインクが供給される。

【００２９】ここで、分極及び電圧印加方向は、上記記
載の方向に限定されるものではなく、上記と逆でも良
い。また、他の伸縮モード（圧電素子の分極方向と駆動
のための電圧印加方向が同じである）動作のインクジェ
ットヘッド（分極方向と電圧印加方向が圧電材の厚さ方
向である）や、圧電素子の分極方向と駆動のための電圧
印加方向が直角方向であるせん断モード（電圧印加方向
は、実施形態で示した方向と同じで、分極方向が圧電材
料の厚さ方向である、等）での動作のインクジェットヘ
ッドでも良い。

【００３０】〔第２の実施形態〕次に、本発明の第２の
実施形態について図６を参照して説明する。図６に示す
インクジェットヘッドにおいては、蓋部材に形成された
スリットの配置に特徴を有している。即ち、本実施形態
においては、図３に開示した２本のスリット列が更に２
本追加されている。そして、インク加圧室１１の幅方向
についてのスリット１０の間隔は、それぞれのスリット
列１０ａともインク加圧室１１の相互間距離Ｐ１の略２
倍となっている。

【００３１】具体的に説明すると、一列目のスリット列
１０ａは、上記したようにインク加圧室１１の相互間距
離Ｐ１の略２倍の間隔で隔てられている。そして、二列
目のスリット列１０ｂもスリット１０の間隔は同じであ
るが、一列目のスリット列１０ａに対してはインク加圧
室１１の幅方向にＰ１の２倍だけずれて配置されてい
る。次の三列目のスリット列１０ｃは、一列目のスリッ
ト列１０ａに対して、インク加圧室１１の幅方向に略Ｐ
１だけずれて配置されている。更に、四列目のスリット
列１０ｄは、一列目のスリット列１０ａに対して略Ｐ１
の３倍だけずれて配置されている。そして、各スリット
１０の端部同士の重複部はダミー溝の位置となってい
る。

【００３２】以上のように構成された蓋部材及びスリッ
ト１０によれば、上記した第１の実施形態と同様に一本
のスリット１０によって２本のインク加圧室１１に対し
てインクを供給することができる。そして、更には、一
本のインク加圧室１１に対してもう一本のスリット１０
がインク供給室４（図３参照）とを連通させる。即ち、
一本のインク加圧室１１に対して二箇所のスリット１０
からインクが供給される。即ち、インクを供給するスリ
ット１０が多数設けられることにより、インク加圧室１
１に対するインクの供給が円滑になる。

【００３３】また、以上のように配置されるスリット１
０を有する蓋部材は、図７に示すように、ヘッド基板に
対して特に位置決めしなくても有効に機能する。即ち、
インク加圧室１１の寸法や位置に対し、スリット１０の
長さやスリット１０同士の重複量を適切に設定すること
により、インク加圧室に対して任意の位置に蓋部材を位
置決めしても、全てのインク加圧室にスリットがかか
り、インクは適切に供給されるため、インクジェットヘ
ッドとしての特性及び性能には差が生じないようにな
る。

【００３４】〔第３の実施形態〕次に、本発明の第３の
実施形態について図８を参照して説明する。図８に示す
インク加圧室１１は、ダイシングブレード（図示略）に
て、ヘッド基板１ａの上面からインク加圧室１１の深さ
まで垂直下方に降下して溝を形成し、そのままダイシン
グブレードを垂直に上昇させることによって形成されて
いる。従って、インク加圧室１１には一定深さの部分が
なく、円弧部のみであり、インク加圧室１１の両側壁の
変形によって圧力波を発生させるようになっている。他
の部分については第１の実施形態と同様である。このよ
うに構成することにより、インク噴出口９の近傍及びス
リット１０の近傍で淀み部が生じず、インクが円滑に流
れ、印字品質を高めることができる、という優れた効果
を生じる。

【００３５】〔第４の実施形態〕次に本発明の第４の実
施形態について図９を参照して説明する。図９では、イ
ンクの噴出方向が上記した各実施形態と異なり、圧電材
料１ａの上方向に噴出するようになっている。即ち、蓋
部材２にインク噴出口９が設けられており、ノズルプレ
ートは設けられていない。その他の構成は、第１の実施
形態と同様である。以上のように構成することにより、
蓋部材にノズルを直接形成することができ、ノズルプレ
ート等の別な部材を改めて設ける必要がない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、前記蓋
部材に複数のインク加圧室に連通するスリットを少なく
とも２本形成した。このため、従来より行われていた圧
力室毎に微小な貫通孔を設ける場合と比較して、加工工
数を低減することができる、という優れた効果を生じ
る。

【００３７】また、インク供給口として従来より用いら
れている微少な穴ではなく、所定の長さを有するスリッ
トを用いるので、加工精度にバラツキがでにくく、この
結果インクの吐出特性にバラツキが生じにくい、という
優れた効果を生じる。

【００３８】また、蓋部材に形成された各スリットは、
インク加圧室全体わたるものではなく、蓋部材の強度も
低下しないので、ヘッド基板に対して蓋部材を貼り付け
る場合にも、特別な注意と手間がいらない、という優れ
た効果を生じる。

【００３９】更には、解析により求められるスリット間
の適正な重複量を設定すれば、ヘッド基板の任意の位置
に蓋部材を貼り付けても、インクの吐出特性に差が生じ
ないようにすることが可能となり、貼り合わせの位置決
めの手間が不要となる、という優れた効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す斜視図である。

【図２】図１に開示したインクジェットヘッドの平面図
を示し、特にインク供給室を取り外した場合の平面図を
示す。

【図３】図１に開示したインクジェットヘッドのインク
加圧室長手方向の断面図である。

【図４】図３のＸ−Ｘ線における断面図を示す。

【図５】図４に開示したインクジェットヘッドに電圧が
加えられ、インク加圧室が変形している状態を示す断面
図である。

【図６】本発明の他の実施形態を示す平面図であり、特
にインク供給室を取り外した状態を示す平面図である。

【図７】図６に開示した蓋部材をインク加圧室に対して
任意の位置で貼り付けた状態を示す平面図である。

【図８】本発明の他の実施形態を示す断面図であり、特
にインク加圧室が円弧状に形成されている場合を示す。

【図９】本発明の他の実施形態を示す断面図であり、特
にノズルが上方を向いている場合を示す断面図である。

【図１０】従来例を示す斜視図である。

【図１１】他の従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１インクジェットヘッド１ａヘッド基板（圧電材料）２蓋部材３ノズルプレート４インク供給室９インク噴出口１０スリット１１インク加圧室

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電材料からなり相互に平行な複数の細
長いインク加圧室を有するヘッド基板と、前記インク加
圧室全体を覆う蓋部材とを備え、前記ヘッド基板の一方
端にインク噴出口を設けたインクジェットヘッドにおい
て、前記蓋部材に、少なくとも２個のインク加圧室に連通す
るスリットを少なくとも２本形成すると共に、当該各ス
リットを相互に前記インク加圧室の長さに沿った方向に
ずらして配置し、前記各スリットを、前記各インク加圧室の幅方向に相互
にずらすと共に、各スリットの一部分が相互に前記イン
ク加圧室の幅方向に所定量重複する位置に前記各スリッ
トを配置することを特徴としたインクジェットヘッド。
【請求項２】前記各スリットの長さを、前記各インク
加圧室の相互間距離の整数倍と前記各スリット相互の重
複量とを加えた長さに設定することを特徴とした請求項
１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】前記重複量を、前記各インク加圧室相互
間の前記圧電材料の壁の幅より短く設定することを特徴
とした請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】前記各スリットの重複部分を、前記各イ
ンク加圧室の相互間に位置決めすることを特徴とした請
求項３記載のインクジェットヘッド。