JP3267412B2

JP3267412B2 - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JP3267412B2
Application number: JP27617293A
Authority: JP
Inventors: 憲彦倉島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 2002-03-18
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: JPH07108687A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子により圧力
発生室を収縮させ、圧力発生室のインクをノズル開口か
らインク滴として噴射させるインクジェット式記録ヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドは、記録媒
体上のドットをインク滴により構成する関係上、インク
滴のサイズを小さくすることにより極めて高い解像度で
の印刷が可能であるものの、効率よく印刷するためには
ノズル開口の数を多くする必要があり、圧電振動子をイ
ンク滴噴射源に使用する場合には、圧電振動子の小型化
が極めて重要な要件となる。しかしながら、インク滴を
飛翔させるためにはある程度の駆動力が必要で、圧電振
動子の小型化にも限度がある。このような制約の中で記
録密度を向上させるために、ノズル開口の列を複数設け
るとともに、各列のノズル開口が他の列の空間に位置す
るよう、いわゆる千鳥状に配置することが行われてい
る。このようにノズル開口を千鳥状に配列することによ
り、９０ｄｐｉ乃至１８０ｄｐｉ程度まで記録密度を向
上することが可能となる。そしてノズル開口列の列数を
増やせば、３６０ｄｐｉ程度まで記録密度をさらに向上
させることが理論上、可能ではあるが、インクジェット
式記録ヘッドの主走査方向、つまり紙幅方向のサイズが
サイズが大きくなるため、両端に配置されたノズル開口
列により形成されるドットの位置がずれが目立つという
問題がある。このような問題を解消するために最外端に
位置するノズル開口に連通する圧力発生室列に対して専
用のリザーバを配置することにより、最外端のノズル開
口列間の距離を可及的に小さくして、記録ヘッドの傾き
によるドットの位置ずれを小さくしたインクジェット式
記録ヘッドも、特開昭5-84919号公報に見られるように
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような配列形態
を採る記録ヘッドは、インク導入口からそれぞれ独立の
供給管路で各リザーバの接続点にインクを供給している
ため、各リザーバへのインク分配を均等化しやすいもの
の流路構造が複雑になるという問題がある。本発明はこ
のような問題に鑑みてなされたものであって、その目的
とするところはドット間の位置ずれを防止して高密度印
刷を可能ならしめつつ、インク導入口からリザーバヘの
インク流路の構造を簡素化した新規なインクジェット式
記録ヘッドを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、印字信号に応じて圧力を発
生させる圧力発生素子と、ノズル開口列を複数列有する
ノズルプレートと、前記ノズル開口列に連通する圧力発
生室列、インク供給口を介して前記圧力発生室列に連通
するリザーバ、及び前記ノズル開口列の対称線上に配置
された単一のインク導入口から前記リザーバにインクを
供給する流路をそれぞれ区画形成され、一方の面を前記
ノズルプレートにより封止されるスペーサと、前記スペ
ーサの他方の面を封止する板部材と、を備え、前記ノズ
ル開口列、及び前記リザーバとがともに複数形成され、
また前記インク導入口が横切るように形成された隔壁に
より分割され、前記各リザーバが前記隔壁により分割さ
れた領域にそれぞれ接続されている。

【０００５】

【作用】リザーバにインクを供給する流路を、ここの領
域の強度を落とすことなく共通の流路として形成するこ
とができる。

【０００６】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例を示すも
ので、図中符号１はノズルプレートで、所定のピッチ、
例えば１８０ＤＰＩとなるようにノズル開口２．２、２
‥‥が配置されたノズル開口列が、２Ｍ＝６列分、３、
４、５、６、７、８が形成されている。

【０００７】１０はスペーサで、後述する振動板１８と
ノズルプレート１の間に挟まれて配置されるもので、こ
れにはノズル列に対応するようにリザーバ（図示せず）
や圧力発生室を形成する通孔列１１、１２、１３、１
４、１５、１６‥がノズル開口列３、４、５、６、７、
８に対応する位置に形成されている。これらノズル開口
列３〜８は、図２に示したように各列のノズルが他の列
のノズル開口を補完、この実施例では１つのノズル開口
列３のノズル開口間に他のノズル開口列４乃至８のノズ
ル開口が位置するように相互に位置をずらせて配置され
ていて、記録用紙上に可及的に高い密度でドットを形成
するように構成されている。

【０００８】１８は振動板で、スペーサ１０を介してノ
ズルプレート１と対向して圧力発生室を形成するもの
で、後述する圧電振動子ユニットの２１、２２、２３、
２４、２５、２６の圧電振動子３０、３０の先端に当接
して配置され、圧電振動子３０、３０‥‥の伸縮に応動
して、圧力発生室を縮小、膨張させるものである。

【０００９】これら圧電振動子ユニット２１、２２、２
３、２４、２５、２６は、図３に示したように圧電振動
子３０、３０、３０‥‥の一半を固定基板３１に一定ピ
ッチで固定して、他半が縦振動モードでの振動が可能に
まとめられている。各振動子３０は、図４に示したよう
に圧電振動材料３２と駆動電極３３と共通電極３４とを
交互にサンドイッチ状に積層して構成されている。そし
て駆動電極３３、３３、３３‥‥は、圧電振動子３０の
後端側で端面から露出していて、蒸着などで形成された
駆動外部電極３５により並列に接続され、また共通電極
３４、３４、３４‥‥は圧電振動子３０の自由端側に露
出し、かつ側方にまで延長されていて共通外部電極３６
により並列に接続されている。

【００１０】各圧電振動子３０の駆動外部電極３５は、
端面が固定基板３１とほぼ同一面となるように位置決め
されており、また各圧電振動子３０、３０、３０‥‥の
共通外部電極３６は、導電部材３８を介して振動子３
０、３０、３０‥‥の両側に位置するダミー振動子３９
の後端面の電極４０に導通関係を持つように接続されて
いる。ダミ−振動子３９の後端面には、駆動外部電極３
５と同様に電極４０が構成されていて、接続用回路基板
との接続が可能となっている。

【００１１】再び図１に戻って、図中符号５０は、基台
で、圧電振動子３０、３０、３０‥‥の自由端側が露出
するように振動子ユニット２１、２２、２３、２４、２
５、２６を収容するユニット収容穴５１、５２、５３、
５４、５５、５６と、インクタンクからのインクをリザ
ーバに供給するためのインク導入管の開口５７が設けら
れており、表面に振動板１８、スペーサ１０、ノズルプ
レート１を位置決めして静電シールドを兼ねる枠体５８
により固定して記録ヘッド本体としてまとめ上げてい
る。

【００１２】一方、基台５０の他端には、ユニット収容
穴５１、５２、５３、５４、５５、５６から露出してい
る圧電振動子３０、３０、３０‥‥の駆動外部電極３
５、３５、３５‥‥、及びダミー振動子３９の電極４０
に接続される接続用回路基板６０が固定されて、これを
介してキャリッジとの固定に使用される基板６１が固定
されている。

【００１３】図５は、本発明のインク流路、つまりリザ
ーバ、圧力発生室の配置構造をスペーサ１０に形成され
た通孔でもって示すもので、図中符号１１ａ、１１ａ、
１１ａ‥‥、１２ａ、１２ａ、１２ａ‥‥、１３ａ、１
３ａ、１３ａ‥‥、１４ａ、１４ａ、１４ａ‥‥、１５
ａ、１５ａ、１５ａ‥‥、１６ａ、１６ａ、１６ａ‥‥
は、それぞれノズル開口列３、４、５、６、７、８に対
応するように形成された圧力発生室となる通孔で、中央
部に配置される圧力発生室となる通孔１３ａ、１３ａ、
１３ａ‥‥、１４ａ、１４ａ、１４ａ‥‥は、対称線７
０を挟んで対向する側にノズル開口列５、６のノズル開
口に連通する通孔１３ｂ、１３ｂ、１３ｂ‥‥、１４
ｂ、１４ｂ、１４ｂ‥‥が配置され、他端側に後述する
リザーバとなる通孔７１、７２に連通する連通口１３
ｃ、１３ｃ、１３ｃ‥‥、１４ｃ、１４ｃ、１４ｃ‥‥
が形成されている。

【００１４】１２、１５は、それぞれ対称線７０に対し
て対称となるように配置された圧力発生室となる通孔列
で、これらの通孔列を形成している各通孔１２ａ、１２
ａ、１２ａ‥‥、及び１５ａ、１５ａ、１５ａ‥‥は対
称線に対して外側向きとなるようにノズル開口に連通す
る通孔１２ｂ、１２ｂ、１２ｂ‥‥、及び１５ｂ、１５
ｂ、１５ｂ‥‥が配置され、また対称線に対向する側に
は前述のリザーバとなる通孔７１、７２に連通するよう
にインク供給口の連通口１２ｃ、１２ｃ、１２ｃ‥‥、
及び１５ｃ、１５ｃ、１５ｃ‥‥が形成されている。

【００１５】さらに最外端側には対称線７０側にノズル
開口列３、８に連通する通孔１１ｂ、１１ｂ、１１ｂ‥
‥、及び１６ｂ、１６ｂ、１６ｂ‥‥が配置され、これ
らは外側にインク供給口となる連通孔１１ｃ、１１ｃ、
１１ｃ‥‥、及び１６ｃ、１６ｃ、１６ｃ‥‥を備え、
それぞれ独立のリザーバとなる通孔７３、７４に連通し
ている。

【００１６】これらリザーバ７１、７２、７３、７４は
それぞれ流路７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａにより振
動板１８のインク導入口１９に連通しており、対称線７
０に対称となるように形成された隔壁７５、７６、７７
により分離されていて、各リザーバにインクが均等に流
れ込むように構成されている。この結果、流路の急激な
拡大が防止されて圧力損失の発生、及び気泡の停滞を防
止することができる。また比較的広い空間となるインク
導入口１９付近で隔壁７５、７６、７７が一種の構造部
材となるので、この領域を補強することができる。

【００１７】図６は、インク導入口１９近傍における隔
壁の一実施例を拡大して示すものであって、隔壁７５、
７６、７７、７８は、振動板１８に形成されたインク導
入口１９を跨いで一体となるように、この実施例では
「十」字状に形成されている。この実施例によればイン
ク導入口１９からのインクを各流路により一層均等に分
配することが可能となるとともに、インクタンクから侵
入した気泡を分散させてノズル開口から効率よく排除す
ることが可能となる。さらに、流路の急激な拡大が防止
されて圧力損失の発生、及び気泡の停滞を防止すること
ができるばかりでなく、比較的広い空間となるインク導
入口１９を含む領域を隔壁７５、７６、７７により一層
確実に補強することができる。

【００１８】図７は、前述のスペーサの製造方法の一実
施例を示すもので、ノズル開口列２、２、２‥‥が穿設
されたノズルプレ−ト１の圧力発生室側の表面に、圧力
発生室の厚みを確保できる程度の厚みを備える１枚もし
くは複数枚の露光により硬化する感光性樹脂フィルム８
０を溶着する（ｉ）。ついで圧力発生室に一致する通孔
１３ａ、１４ａやリザーバに一致する通孔７１、７２の
部分を遮光し、また残部に窓８１、８２が形成された露
光マスク８３を介して反応光を照射する（ｉｉ）。これ
により光照射を受けた領域８５、８６、８６が硬化し、
また光照射を受けなかった領域８７が未硬化状態のまま
残る。この未硬化領域をエッチングすることにより圧力
発生室、及びリザーバ、流路等に対応する部分だけが凹
部８８、８８となったスペーサが形成されることになる
（ｉｉｉ）。

【００１９】図８は、スペーサを結晶軸（１１０）とす
る単結晶シリコン基板の異方性エッチングにより製造す
る工程を示すものであって、両面を研磨して表面に熱酸
化膜９０を２２０μｍ程度の厚みで形成されてた結晶方
位（１１０）の単結晶シリコン基板９１を用意し
（Ｉ）、これの両面、もしくは片面に形成すべきパター
ンに合わせてフォトリソグラフィにより、通孔を形成す
べき領域９２、９２‥‥以外の部分に対応して二酸化シ
リコンのパターン９３、９３‥‥を形成する（ＩＩ）。

【００２０】ついで、これら二酸化シリコン膜のパター
ン９３、９３‥‥をマスクとして、摂氏７０°Ｃの水酸
化カリウム溶液（３０ｗｔ％）により、貫通孔となるま
でエッチングを行う（ＩＩＩ）。これにより実質的にエ
ッチングが厚み方向にだけ進行し、結晶軸（１１１）を
壁面とする空洞９４、９４、９４‥‥が形成される。そ
の後、不要となった二酸化シリコン膜を除去することに
より圧力発生室やリザーバとなる通孔９５、９５、９５
‥‥を備えたとスペーサを得ることができる（ＩＶ）。

【００２１】図９は、上述した単結晶シリコン基板の異
方性エッチングにより構成したスペーサの一実施例を示
すもので、図５に示した実施例と同様に、ノズル開口列
３、４、５、６、７、８に対応する圧力発生室となる通
孔１１’ａ、１１’ａ、１１’ａ‥‥、１２’ａ、１
２’ａ、１２’ａ‥‥、１３’ａ、１３’ａ、１３’ａ
‥‥、１４’ａ、１４’ａ、１４’ａ‥‥、１５’ａ、
１５’ａ、１５’ａ‥‥、１６’ａ、１６’ａ、１６’
ａ‥‥、インク供給口となる通孔１１’ｃ、１１’ｃ、
１１’ｃ‥‥、１２’ｃ、１２’ｃ、１２’ｃ‥‥、１
３’ｃ、１３’ｃ、１３’ｃ‥‥、１４’ｃ、１４’
ｃ、１４’ｃ‥‥、１５’ｃ、１５’ｃ、１５’ｃ‥
‥、１６’ｃ、１６’ｃ、１６’ｃ‥‥、リザーバとな
る通孔７１’、７２’、７３’、７４’、インク導入口
１９とリザーバを結ぶ流路７１’ａ、７２’ａ、７３’
ａ、７４’ａを形成する隔壁７６’、７７’が対応する
ように形成されている。そしてこの実施例においてもや
はり流路を構成する隔壁７５’、７６’、７７’は、流
路の急激な拡大の防止と、一種の構造部材として機能す
ることになる。

【００２２】ただシリコン単結晶基板の異方性エッチン
グを利用する関係上、図９（Ｂ）に示したようにインク
供給用の連通孔となる通孔１６ｃは、圧力発生室となる
通孔１６ａの一方の側に偏して形成される点で若干相違
する。

【００２３】図１０は、上述のように形成された各部材
を使用して構成されたインクジェット式記録ヘッドを、
第３、及び第４ノズル開口列５、６の近傍の断面構造を
拡大して示すものであって、スペーサ部材１０を挟んで
振動板１８、及びノズルプレート１を積層し、これら３
者を気密状態を維持するように接着剤や共晶接合等によ
り一体に固定されている。そして、振動板１８の圧力発
生室に対向している領域には、圧電振動子ユニットの圧
電振動子３０、３０‥‥の自由端を当接させて配置され
ている。

【００２４】このように構成されたインクジェット式記
録ヘッドは、スペーサ１０の通孔７１、７２によりリザ
ーバが、また通孔１３ａ、１４ａにより圧力発生室が形
成されることになる。この状態で圧電振動子３０、３０
により振動板１８が押圧されると、圧力発生室の容積が
縮小してリザーバから供給されているインクがインク滴
となってノズル開口５、６がインク滴として吐出する。
インク滴の吐出後、圧電振動子３０、３０が収縮する
と、圧力発生室が膨張して、リザーバのインクが、イン
ク滴を発生した圧力発生室に流れ込む。

【００２５】このように構成された、つまり６列のノズ
ル開口列を同一ノズルプレートに形成する場合に、中央
に位置する第３列、及び第４列の圧力発生室を、そのノ
ズル開口列５、６に連通する側１３ｂ、１４ｂを対向さ
せ、またこれら圧力発生室の外側に配列される第２列、
及び第５列のノズル開口列４、７に連通する圧力発生室
を、そのノズル開口に連通する側１２ｂ、１５ｂを外側
に向けて配列し、さらに第１列、及び第６列のノズル開
口列３、８に連通する圧力発生室のノズル開口側を１１
ｂ、１６ｂを直近に位置するノズル開口列４、７側に向
けて配列し、これら通孔列１１、１６にはそれぞれ独立
のリザーバとなる通孔７３、７４を連通させることによ
り、ノズル開口列間の距離Ｌ₁を小さくすることができ
る。

【００２６】すなわち、図５（Ｂ）に示したように中央
部にリザーバ１００を形成し、これに連通するように第
３列、及び第４列の圧力発生室となる通孔１０１、１０
１‥‥、及び１０２、１０２‥‥を形成し、これの外側
に第２列、及び第５列の圧力発生室となる通孔１０３、
及び１０４を、そのノズル開口に連通する側を、内側に
向けて配列し、これの外側にリザーバとなる通孔１０
５、１０６を設け、これに連通するように圧力発生室と
なる通孔１０７、及び１０８を配列したものに比べて、
ノズル開口列の距離をＬ’₁−Ｌ₁＝ΔＬ₁だけ小さくす
ることが可能となり、キャリッジヘの記録ヘッドの取付
誤差、特に主走査方向に対する傾きθに起因するドット
の位置ずれＬ×Ｃｏｓθを可及的に小さくして印字品質
の向上を図ることができる。

【００２７】図１１は、ノズル開口列数２Ｍ＝４の場合
の構成をスペーサの構造でもって示すものであって、図
中符号９０〜９３は、圧力発生室列を形成する第１乃至
第４の通孔列で、第１、第２の通孔列９０、９１は、ノ
ズル開口に連通する側９０ａ、９１ａが対向し、また第
３、第４の通孔列９２、９３のノズル開口に連通する側
９２ａ、９３ａが対向していて、最外端と対称線７０上
に合計３つのリザーバ９４、９５、９６が形成されてい
て最外端のものには通孔列９０、９３だけが、またリザ
ーバ９６には通孔列９１、９２が共通に連通するように
構成されている。また、インク導入口１９と各リザーバ
９４、９５、９６は、対称線７０に対して対称な隔壁９
７、９８により分離されて接続されている。

【００２８】このような圧力発生室の配置構造を採るこ
とにより、２つのリザーバ１１０、１１１を設け、これ
らに２列ずつの圧力発生室用通孔１１２、１１３、及び
１１４、１１５を連通させる場合（図１１（Ｂ））に比
較してΔＬ₂＝Ｌ’₂−Ｌ₂だけ最外端ンのノズル開口列
間の距離が小さくなる。このように構成されたインクジ
ェット記録ヘッドは、最外端のノズル開口列を外側に向
けて配置する場合に比較してノズル開口列間の距離が小
さくなるため、主走査方向と記録ヘッドの基準線との間
に傾きが生じてもΔＬ×ｃｏｓθ分だけドットのずれが
小さくなって、印字品質の低下を防止することができ
る。

【００２９】また、前述したのと同様にインク導入口１
９からのインクを各流路により一層均等に分配すること
が可能となるとともに、インクタンクから侵入した気泡
を分散させてノズル開口から効率よく排除することが可
能となり、さらに、流路の急激な拡大を防止して圧力損
失の発生、及び気泡の停滞を防止することができるばか
りでなく、比較的広い空間となるインク導入口１９を含
む領域を隔壁９７、９８により補強することができる。
特に、ノズル開口列が４列というように少なくなった場
合には、隔壁の数も少なくなる関係上、同図（Ｂ）のよ
うな配列を採るよりも、同図（Ａ）の配列構造を採ると
隔壁の数が多くなり、かつインク導入口１９から放射状
に延びるため、インク導入口１９近傍を一層確実に補強
することができる。

【００３０】なお、上述の実施例においては、ノズル開
口列が４列、及び６列の場合について説明したが、８
列、１０列、１２列‥‥の場合においても同様に構成す
ることができる。すなわち、ノズル開口列が８列の場合
には、前述の第二実施例で示したようにリザーバを対称
線と一致するように配置し、また１０列の場合には対称
線と対称になるようにリザーバを配置し、それぞれの場
合においても最外端のリザーバには単一列の圧力発生室
が連通するように配置することによりノズル開口列間の
距離を小さくすることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
インク導入口のサイズを大きくしてもその近傍の強度の
低下を来すことがなく、各リザーバにインクを均等に供
給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す分解組立図である。

【図２】ノズル開口列の配置状態を示す図である。

【図３】同上装置に使用する圧電振動子ユニットの一実
施例を示す斜視図である。

【図４】圧電振動子ユニットを構成している圧電振動子
の断面構造を示す図である。

【図５】図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ同上装置に使用
するスペーサの一実施例を示す図、及び他の形態で構成
した場合の例を示す図である。

【図６】同上スペーサのインク導入口近傍の構造の一実
施例を拡大して示す図である。

【図７】図（Ｉ）乃至（ＩＩＩ）は、それぞれスペーサ
の製造方法の一実施例を示す図である。

【図８】図（Ｉ）乃至（IV）は、それぞれシリコン単結
晶基板を使用してスペーサを構成する場合の製造方法の
一実施例を示す図である。

【図９】同図（Ａ）（Ｂ）は、それぞれシリコン単結晶
基板により構成したスペーサの一実施例、及び圧力発生
室となる通孔を拡大して示す図である。

【図１０】同上スペーサを用いたインクジェット式記録
ヘッドの一実施例を圧力発生室近傍を拡大して示す断面
図である。

【図１１】同図（Ａ）（Ｂ）は、それぞれノズル開口列
を４列とした場合の圧力発生室、リザーバの最適な配置
形態と、従来の配置形態とをスペーサの構造で示す図で
ある。

【符号の説明】

１ノズル開口３〜８ノズル開口列１０スペーサ１１〜１６圧力発生室を形成する通孔列１１ａ〜１６ａ圧力発生室形成用通孔１１ｂ〜１６ａノズル開口連通側１１ｃ〜１６ｃリザーバ連通側１８振動板１９インク導入口２１〜２６圧電振動子ユニット３０圧電振動子３１基板７１〜７４リザーバ用通孔７５〜７７隔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/175

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】印字信号に応じて圧力を発生させる圧力
発生素子と、ノズル開口列を複数列有するノズルプレートと、前記ノズル開口列に連通する圧力発生室列、インク供給
口を介して前記圧力発生室列に連通するリザーバ、及び
前記ノズル開口列の対称線上に配置された単一のインク
導入口から前記リザーバにインクを供給する流路をそれ
ぞれ区画形成され、一方の面を前記ノズルプレートによ
り封止されるスペーサと、前記スペーサの他方の面を封止する板部材と、を備え、前記ノズル開口列、及び前記リザーバとがともに複数形
成され、また前記インク導入口が横切るように形成され
た隔壁により分割され、前記各リザーバが前記隔壁によ
り分割された領域にそれぞれ接続されているインクジェ
ット式記録ヘッド。
【請求項２】前記ノズル開口列の列数を２Ｍ（ただ
し、Ｍは１以上の整数）としたとき、前記リザーバがＭ
＋１個形成され、また前記インク導入口が横切るように
形成された隔壁により分割され、前記各リザーバが前記
隔壁により分割された領域にそれぞれ接続されている請
求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。