JP3182851B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JP3182851B2
JP3182851B2 JP7097192A JP7097192A JP3182851B2 JP 3182851 B2 JP3182851 B2 JP 3182851B2 JP 7097192 A JP7097192 A JP 7097192A JP 7097192 A JP7097192 A JP 7097192A JP 3182851 B2 JP3182851 B2 JP 3182851B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに
関する。更に詳しくは、インク液滴を選択的に記録媒体
に付着させるインクジェットヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】近年インクジェットプリンタは高速印
字、低騒音、高印字品位等の利点から、急速に発展して
いる。インクジェットプリンタに用いられるインクジェ
ットヘッドにはいくつかの方式が提案されているが、一
般的には二つの方式に分けることができる。すなわち第
一の方式は圧電材料を使用して、インクチャンバー内に
圧力パルスを発生させ、ノズルからインク滴を吐出させ
る。第二の方式は発熱抵抗体を使用して、インクチャン
バー内に蒸気バブルを発生させ、ノズルからインク滴を
吐出させる。
【0003】第二の方式は、発熱抵抗体の急速な加熱冷
却を繰り返すために、容易に発熱抵抗体が劣化し、耐久
性に乏しいという課題がある。また蒸気バブルが発生す
るインクしか使えないという課題もある。これに対して
第一の方式は前述の課題を持たない。しかしながら第一
の方式は圧電材料の効率が低いため、インクジェットヘ
ッド自体が大型化する。また複雑な製造工程となり、大
量生産に適さず、結果として高価なものとなる。さらに
ノズル密度の高密度化が困難なため、高印字品位を得に
くい。これらの課題がある為、広く普及するには至って
いない。
【0004】第一の方式の課題を解決する方法として、
特開昭63−247501号公報に、ノズルの並び方向
に互いに間隔を有する複数の平行な長方形の断面積の流
路を有し、前記流路の側壁の一部または全表面に電極が
形成され、前記側壁はその一部または全体が圧電材料で
構成され、前記側壁が流路の並び方向に平行な変形を
し、前記流路内の圧力を変化させて、流路の一端に形成
されたインク滴を吐出せしめるインクジェットヘッド
が、提案されている。
【0005】特開昭63−247501号公報のインク
ジェットヘッドの構造を図11をもとに説明する。図1
1はインクジェットヘッドの構成を示す図で、1は圧電
基板、2はノズルプレート、3はノズル、4はインク流
路、5は圧電材料からなる側壁(以下、圧電側壁と略
す)、6は上部基板、7はインク供給口、9はインク吐
出口、10は電極である。
【0006】このインクジェットヘッドは互いに平行な
流路4が多数形成されている。ノズルプレート2に形成
されたノズル3に接続し、流路4の他の一端は、スリッ
ト状のインク吐出口9に接続する。また、インク流路4
はインク供給口7を有する上部基板により蓋をされ、各
インク流路4に対応するインク供給口を経て、インク貯
蔵タンク(図示せず)に接続している。インク流路4は
圧電側壁5と上部基板6からなり、その断面形状は長方
形である。
【0007】従来例のインクジェットヘッドのインク吐
出の動作を、流路の断面を示す図12を基に説明する。
図12(a)に於て、圧電側壁5は分極方向11が異な
る2個の圧電側壁、すなわち圧電側壁5Aと圧電側壁5
Bとにより形成されている。図12(a)に於て、圧電
側壁5は両面に形成された電極10に、電気的アクチュ
エート手段(図示せず)より電圧パルスを印加されない
為、変形していない。図12(b)に於て、電圧パルス
を印加されると圧電側壁5A、5Bとも圧電側壁の接合
面にズリ変形し、発生する圧力によりインク流路4を満
たすインクの一部をノズル開口3からインク滴として吐
出させ、他の一部をインク供給口7を経てインク貯蔵タ
ンク側に排出する。インク滴吐出後のノズル部へのイン
ク供給は、ノズル3の毛管力によりインク貯蔵タンクよ
りインク供給口7とインク流路4を経てノズル3へ供給
される。
【0008】また従来例では、圧電側壁について、別の
構造が提案されている。以降、前述の構造を圧電側壁構
造Aと呼び、これから説明する構造を圧電側壁構造Bと
呼ぶ。
【0009】圧電側壁構造Bの構造を図13を用いて説
明する。この圧電側壁構造Bでは各インク流路4を区画
する圧電側壁5は流路方向に対して垂直方向11に分極
されている。図13(a)は電圧パルスが印加がされな
い状態を示す図、図13(b)は電圧パルスが印加がさ
れた状態を示す図である。
【0010】図13(a)に於て、圧電側壁5は両面に
形成された電極10に、電気的アクチュエート手段(図
示せず)より電圧パルスを印加されない為、変形してい
ない。図13(b)に於て、電圧パルスを印加されると
圧電側壁5の上部がズリ方向に変形し、発生する圧力に
よりインク流路4を満たすインクの一部をノズル3から
インク滴として吐出させる。
【0011】さらに、圧電側壁構造A、Bの双方で、電
極10上に絶縁層(図示せず)を形成することにより電
導度の高いインクを電極を侵すこと無く吐出する事が可
能である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図11
に示す、従来例のインクジェットヘッドの圧電基板1と
上部基板6、ノズルプレート2の接着には均一な接着層
と平坦性が必要とされる。
【0013】図14は従来のインクジェットヘッドのイ
ンク流路の断面図である。従来は圧電基板1の接着面2
0上に形成された、不要な電極と絶縁層を、一括に平面
研磨により除去し、平坦な接着面20を形成し、上部基
板6を接着し、図14の構造としていた。
【0014】しかし、多くの場合で、研磨による壁面の
絶縁層、電極の欠落21、剥離22が生じた。この現象
の生じたノズルは、導電性の高い水性インクを使用した
場合に、インク中への電流の漏洩により、吐出不能とな
った。
【0015】またインク滴吐出に支障の無い微量の電流
漏洩でも、長期に渡る使用より、電極の腐食やインクの
変質に起因して吐出不良となった。さらに、上部基板
6、あるいはノズルプレート2との接着層が充分に均一
でない場合、隙間からインクが侵入し、同様の悪影響が
生じた。
【0016】本発明はかかる問題を解決するもので、幅
広いインク種の対応性を持ち、かつ良好な製造歩留ま
り、ノズルやヘッド毎の一定したインク吐出性能水準、
長期信頼性を備えたインクジェットヘッドを提供するこ
とを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、複数のインク流路となる溝が平行に形成さ
れ、前記流路側壁に圧電材料を駆動するための電極を備
えた圧電材料からなる基板と、この基板の前記溝を封止
するように接合されてインク流路を形成する上部基板と
を備えたインクジェットヘッドにおいて、前記基板の前
記上部基板との接合面近傍に電極層が形成されていない
非電極形成部を備え、前記電極の全面及び前記非電極形
成部が絶縁層により被覆されていることを特徴とする。
【0018】
【実施例】以下に図を用いて本発明を説明する。
【0019】まず図1に本発明のインクジェットヘッド
の一例を示し、構造を説明する。図1は、本発明の一実
施例を示すインク流路の断面図である。1は圧電基板、
4はインク流路、5は圧電側壁、6は上部基板、10は
電極、18は絶縁層である。インク吐出動作は、従来例
のインクジェットヘッドと同様である。
【0020】以下に図2から図8を用いて、本発明のイ
ンクジェットヘッドの製造工程を示す。
【0021】図2は圧電側壁、電極形成後のインク流
路の断面図である。対抗する分極方向11で貼り合わさ
れた圧電基板1に、ダイシングソーにより、溝幅80μm
の圧電側壁5A、5Bからなる圧電側壁5を形成し、真
空蒸着機により電極10を形成する。
【0022】電極10はNi−Crを1.0μm、Auを0.
5μm形成する。圧電側壁5は他にワイヤーソー等を用い
て加工することも可能である。
【0023】マスク剤を圧電基板1に塗布する。イン
ク流路断面は図3に示すとおりとなる。
【0024】圧電基板1の上面の不要な電極10とマ
スク剤17は平面研磨により除去される。インク流路断
面形状は図4に示すとおりとなる。電極10の断面は露
出し、平坦な上部基板接着面20が得られる。
【0025】得られた圧電基板1をエッチング液に浸
漬する事により、上部基板接着面20に露出した電極1
0は露出面から腐食、除去され、図5に示す形状とな
る。マスク剤17は溶剤により取り除く。
【0026】図6に示した、ノズルプレート接着面19
に対しても上記と同様な処理を行い端部に形成された電
極を除去すると共に平坦性を得る。この工程により電極
は図6に示す斜視図の形状となる。
【0027】図7に示すインク流路断面形状のとお
り、スパッタリング、CVD等により窒化珪素の絶縁層
18を全面に形成する。溶剤に溶解したコーティング材
を用いて、ディッピング、スピンコーターによる塗布も
可能である。
【0028】図8に示すとおり、上部基板接着面20
を平坦に研磨する。絶縁層18が均一に形成されていれ
ばこの工程は必要ない。
【0029】以降は従来工程と同様である。
【0030】圧電側壁5が形成された圧電基板1にガ
ラスの上部基板6を接着する。接着材は流れだしの少な
いものが好ましい。
【0031】圧電基板1、上部基板6の端面にノズル
プレートを接着する。接着材は流れだしの少ないものが
好ましい。
【0032】インク供給手段、印加パルスを発生する
駆動手段と接続しインクジェットヘッドを作成する。
【0033】本発明では、図1に示すとおり、電極10
の形成部を一部に限定し、完全に絶縁層18で被覆する
ことにより、導電性インクに対して、安定した絶縁性と
長期信頼性を得ている。従来工法で60%程度であった
製造歩留まりが、ほぼ100%満足し、電流漏洩による
製造不良は解消することができた。
【0034】また従来は圧電側壁5/電極10/絶縁層
18と、上部基板6あるいはノズルプレート2というよ
うに、3層で接合部で接着しており、硬度、熱膨張率等
の物性の違いから、ヘッド駆動や工程中の加熱により接
着層に破損が生じ、電流が漏洩することがあった。しか
し、本発明の接合部は、圧電側壁5/絶縁層18の2層
で接している。絶縁層18に窒化珪素等のセラミクスを
用い、圧電側壁5の材質と性質を類似させることによ
り、従来の様な電流の漏洩を減少させることが可能とな
った。
【0035】さらに本発明では、圧電側壁構造Bで構成
される図10のインク流路断面構造や、圧電側壁構造A
で下部に別部材である、下部基板13を用いた図11の
インク流路断面構造を持つインクジェットヘッドでも、
同様の効果を得ることができた。
【0036】
【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドは、複数
のインク流路となる溝が平行に形成され、前記流路側壁
に圧電材料を駆動するための電極を備えた圧電材料から
なる基板と、この基板の前記溝を封止するように接合さ
れてインク流路を形成する上部基板とを備えたインクジ
ェットヘッドにおいて、前記基板の前記上部基板との接
合面近傍に電極層が形成されていない非電極形成部を備
え、前記電極の全面及び前記非電極形成部が絶縁層によ
り被覆されていることにより、特に基板と上部基板との
接合部近傍の電極が除去され、更に絶縁層で被覆されて
いるので、製造時における電極層の剥離といった問題が
生じることなく、製造歩留まりが良好で、幅広いインク
種対応特性を有し、更に長期に渡って高い信頼性を確保
したインクジェットヘッドが安価にできるという優れた
効果を有する。
【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インク流路断
面形状を示す断面図。
【図2】本発明の一実施例のインクジェットヘッド製造
の電極形成後を示す断面図。
【図3】本発明の一実施例のインクジェットヘッド製造
のマスク剤塗布後を示す断面図。
【図4】本発明の一実施例のインクジェットヘッド製造
の不要なマスク剤と電極を研磨後を示す断面図。
【図5】本発明の一実施例のインクジェットヘッド製造
のエッチング後を示す断面図。
【図6】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの電
極の形状を示す斜視図。
【図7】本発明の一実施例のインクジェットヘッド製造
の絶縁層形成後を示す断面図。
【図8】本発明の一実施例のインクジェットヘッド製造
の接着面研磨後を示す断面図。
【図9】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドの
構造を示す断面図。
【図10】本発明の他の実施例のインクジェットヘッド
の構造を示す断面図。
【図11】従来のインクジェットヘッドの構成を示す斜
視図。
【図12】従来のインクジェットヘッドの圧電側壁構造
Aの吐出動作を示す断面図。
【図13】従来のインクジェットヘッドの圧電側壁構造
Bの吐出動作を示す断面図。
【図14】従来のインクジェットヘッドの構造を示す断
面図。
【符号の説明】 1 圧電基板 2 ノズルプレート 3 ノズル 4 インク流路 5 圧電側壁 5A 圧電側壁A 5B 圧電側壁B 6 上部基板 7 インク供給口 9 インク排出口 10 電極 11 圧電側壁の分極方向 12 電極取り出し口 13 下部基板 17 マスク剤 18 絶縁層 19 ノズルプレート接着面 20 上部基板接着面 21 電極、絶縁層の欠落 22 電極、絶縁層の剥離

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のインク流路となる溝が平行に形成
    され、前記流路側壁に圧電材料を駆動するための電極を
    備えた圧電材料からなる基板と、この基板の前記溝を封
    止するように接合されてインク流路を形成する上部基板
    とを備えたインクジェットヘッドにおいて、 前記基板の前記上部基板との接合面近傍に電極層が形成
    されていない非電極形成部を備え、前記電極の全面及び
    前記非電極形成部が絶縁層により被覆されているインク
    ジェットヘッド。
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