JP3329125B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents
インクジェット記録装置Info
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- JP3329125B2 JP3329125B2 JP4694195A JP4694195A JP3329125B2 JP 3329125 B2 JP3329125 B2 JP 3329125B2 JP 4694195 A JP4694195 A JP 4694195A JP 4694195 A JP4694195 A JP 4694195A JP 3329125 B2 JP3329125 B2 JP 3329125B2
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- ink
- actuator
- ink jet
- electrode
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド、
特にそのアクチュエータの気密化に関する。
特にそのアクチュエータの気密化に関する。
【0002】
【従来の技術】インクジェットヘッドにはアクチュエー
タに静電気による吸引力を利用したものが採用されてき
ており、例えば特開平2−289351号公報にはその
種のインクジェットヘッドが開示されている。このイン
クジェットヘッドは、ノズルと、ノズルに連通するイン
ク流路と、流路の一部に形成された振動板と、振動板に
エアギャップを介して対向して形成された電極とを有
し、振動板と電極との間に電気パルスを印加し、振動板
を静電気力により変形させて、ノズルからインク液滴を
吐出するようにしたものである。
タに静電気による吸引力を利用したものが採用されてき
ており、例えば特開平2−289351号公報にはその
種のインクジェットヘッドが開示されている。このイン
クジェットヘッドは、ノズルと、ノズルに連通するイン
ク流路と、流路の一部に形成された振動板と、振動板に
エアギャップを介して対向して形成された電極とを有
し、振動板と電極との間に電気パルスを印加し、振動板
を静電気力により変形させて、ノズルからインク液滴を
吐出するようにしたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報の
振動板及び電極から構成される振動室を含むアクチュエ
ータは大気に解放されており、従って、駆動時に空気中
の埃等を吸引してしまうおそれがあった。このため、ア
クチュエータを封止することが考えられるが、そのよう
にした場合には、振動室内に封入された空気が振動板の
吸引時に抵抗となり充分な吸引力が得られなくなるおそ
れがある。振動室の吸引力が低下すると、インク吐出に
足る十分な吐出力が得られなくなり、印刷の品位及び信
頼性を著しく低下させてしまう。この問題を回避するた
めには、例えばアクチュエータに印加する電圧を大きく
すればよいが、一般的にプリンタとして常用される電源
電圧の範囲内で、十分な吸引力を得ることは困難であっ
た。
振動板及び電極から構成される振動室を含むアクチュエ
ータは大気に解放されており、従って、駆動時に空気中
の埃等を吸引してしまうおそれがあった。このため、ア
クチュエータを封止することが考えられるが、そのよう
にした場合には、振動室内に封入された空気が振動板の
吸引時に抵抗となり充分な吸引力が得られなくなるおそ
れがある。振動室の吸引力が低下すると、インク吐出に
足る十分な吐出力が得られなくなり、印刷の品位及び信
頼性を著しく低下させてしまう。この問題を回避するた
めには、例えばアクチュエータに印加する電圧を大きく
すればよいが、一般的にプリンタとして常用される電源
電圧の範囲内で、十分な吸引力を得ることは困難であっ
た。
【0004】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、アクチュエータを封止しても
充分な吸引力が得られるようにしたインクジェット記録
装置を提供することを目的とする。
めになされたものであり、アクチュエータを封止しても
充分な吸引力が得られるようにしたインクジェット記録
装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ット記録装置は、ノズルと、ノズルに連通するインク流
路と、流路の一部に形成された振動板と、振動板に対向
して形成された電極とを有し、振動板と電極との間に電
気パルスを印加し、振動板を静電気力により変形させ、
ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッド
を有するインクジェット記録装置において、振動板と電
極とによって形成される振動室は、容積V(以降、容積
Vをアクチュエータ容積とも呼ぶ)を持って気密となる
ように封じられており、かつ、前記容積Vと、駆動時に
振動板によって排除される容積ΔVとの比が、2≦V/
ΔV≦8の範囲に入るように、アクチュエータ容積Vを
設定している。そして、このアクチュエータの容積に
は、電極につながる配線部によって形成される溝の容積
も含ませることができる。そして、アクチュエータに
は、不活性ガス、窒素ガス又は乾燥空気のいずれかが封
入される。
ット記録装置は、ノズルと、ノズルに連通するインク流
路と、流路の一部に形成された振動板と、振動板に対向
して形成された電極とを有し、振動板と電極との間に電
気パルスを印加し、振動板を静電気力により変形させ、
ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッド
を有するインクジェット記録装置において、振動板と電
極とによって形成される振動室は、容積V(以降、容積
Vをアクチュエータ容積とも呼ぶ)を持って気密となる
ように封じられており、かつ、前記容積Vと、駆動時に
振動板によって排除される容積ΔVとの比が、2≦V/
ΔV≦8の範囲に入るように、アクチュエータ容積Vを
設定している。そして、このアクチュエータの容積に
は、電極につながる配線部によって形成される溝の容積
も含ませることができる。そして、アクチュエータに
は、不活性ガス、窒素ガス又は乾燥空気のいずれかが封
入される。
【0006】
【作用】本発明においては、アクチュエータが気密構造
になっており、振動板の吸引時に空気中の塵埃が吸引さ
れてヘッド内に侵入するおそれがなくなっている。そし
て、アクチュエータの容積は振動板の排除容積より十分
に大きくとってあるため、アクチュエータ内圧力の上昇
が少なく、十分な吸引力が得られる。また、このときの
アクチュエータの容積の上限値も、インクジェットヘッ
ドの機能及びウエハーからの取り数を考慮して合理的な
範囲に定められており、ヘッドの大形化が避けられてい
る。また、アクチュエータの容積に配線部によって形成
される容積も含ませた場合には振動室の容積を小さくす
ることができ、この点からもヘッドの大形化が避けられ
る。更に、不活性ガス、窒素ガス又は乾燥空気をアクチ
ュエータに封入することにより、スパークの発生を防止
することができる。
になっており、振動板の吸引時に空気中の塵埃が吸引さ
れてヘッド内に侵入するおそれがなくなっている。そし
て、アクチュエータの容積は振動板の排除容積より十分
に大きくとってあるため、アクチュエータ内圧力の上昇
が少なく、十分な吸引力が得られる。また、このときの
アクチュエータの容積の上限値も、インクジェットヘッ
ドの機能及びウエハーからの取り数を考慮して合理的な
範囲に定められており、ヘッドの大形化が避けられてい
る。また、アクチュエータの容積に配線部によって形成
される容積も含ませた場合には振動室の容積を小さくす
ることができ、この点からもヘッドの大形化が避けられ
る。更に、不活性ガス、窒素ガス又は乾燥空気をアクチ
ュエータに封入することにより、スパークの発生を防止
することができる。
【0007】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係るインクジェッ
トヘッドの分解斜視図であり、一部断面図で示してあ
る。図2は図1のA部の拡大図、図3は図1の実施例の
インクジェットヘッドの組立て後の斜視図、図4は図1
の実施例のインクジェットヘッドの断面側面図であり、
図5は図4のA−A断面図である。本実施例はインク液
滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジ
イジュクトタイプの例を示すものであるが、基板の上面
部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイ
スイジュクトタイプのものでもよい。本実施例のインク
ジェットヘッド10は次に詳述する構造を持つ3枚の基
板1、2、3を重ねて接合した積層構造となっている。
トヘッドの分解斜視図であり、一部断面図で示してあ
る。図2は図1のA部の拡大図、図3は図1の実施例の
インクジェットヘッドの組立て後の斜視図、図4は図1
の実施例のインクジェットヘッドの断面側面図であり、
図5は図4のA−A断面図である。本実施例はインク液
滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジ
イジュクトタイプの例を示すものであるが、基板の上面
部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイ
スイジュクトタイプのものでもよい。本実施例のインク
ジェットヘッド10は次に詳述する構造を持つ3枚の基
板1、2、3を重ねて接合した積層構造となっている。
【0008】中間の第1の基板1は、シリコン基板であ
り、複数のノズル孔4を構成するように、基板1の表面
に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝1
1と、各々のノズル溝11に連通し、底壁を振動板5と
する吐出室6を構成することになる凹部12と、凹部1
2の後部に設けられたインク流入口のための細溝13
と、各々の吐出室6にインクを供給するための共通のイ
ンクキャビティ8を構成することになる凹部14とを有
する。そして、凹部14の後方にはインク流入口13a
が設けられており、これはノズル孔4よりも小さい寸法
から構成されており、インク内のごみがヘッド内に入る
のを防止するフィルタとしての機能も発揮する。なお、
細溝13は、第1の基板1と第3の基板3とが接合され
るとオリフィス7を構成することになる。
り、複数のノズル孔4を構成するように、基板1の表面
に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝1
1と、各々のノズル溝11に連通し、底壁を振動板5と
する吐出室6を構成することになる凹部12と、凹部1
2の後部に設けられたインク流入口のための細溝13
と、各々の吐出室6にインクを供給するための共通のイ
ンクキャビティ8を構成することになる凹部14とを有
する。そして、凹部14の後方にはインク流入口13a
が設けられており、これはノズル孔4よりも小さい寸法
から構成されており、インク内のごみがヘッド内に入る
のを防止するフィルタとしての機能も発揮する。なお、
細溝13は、第1の基板1と第3の基板3とが接合され
るとオリフィス7を構成することになる。
【0009】また、第1の基板1への共通電極17の付
与については、半導体及び電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では共通電極材
料にはチタンを下付けとし白金、又はクロムを下付けと
し金を使用しているが、本実施例に限定されるものでは
なく、半導体及び電極材料の特性により別の組合わせで
もよい。なお、振動板5は、第1の基板1にボロンドー
プしてエッチストップさせることにより形成されてお
り、薄く均一な厚さのものが得られている。
与については、半導体及び電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では共通電極材
料にはチタンを下付けとし白金、又はクロムを下付けと
し金を使用しているが、本実施例に限定されるものでは
なく、半導体及び電極材料の特性により別の組合わせで
もよい。なお、振動板5は、第1の基板1にボロンドー
プしてエッチストップさせることにより形成されてお
り、薄く均一な厚さのものが得られている。
【0010】また、図2に示すように、第1の基板1に
は共通電極17を除く全面に厚さ1μm程度に酸化膜2
4が形成され、これはインクジェットヘッドの駆動時に
振動板5と後述する個別電極21とが接触した場合に、
絶縁破壊、ショート等を防止するための絶縁層として機
能する。
は共通電極17を除く全面に厚さ1μm程度に酸化膜2
4が形成され、これはインクジェットヘッドの駆動時に
振動板5と後述する個別電極21とが接触した場合に、
絶縁破壊、ショート等を防止するための絶縁層として機
能する。
【0011】第1の基板1の下面に接合される下側の第
2の基板2にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第2の基板
2の上面には振動室9を構成することになる、中央付近
に細長い支柱35を有する凹部15が設けられている。
なお、振動板5の厚みを厚く形成することによりインク
吐出に必要な所定の剛性が得られる時は、支柱35は設
けなくともよい。本実施例においては、振動板5とこれ
に対向して配置される個別電極21との対向間隔、即ち
ギャップ部16の長さG(図3参照、以下「ギャップ
長」と記す。)が、凹部15の深さと個別電極21の厚
さとの差になるように、間隔保持手段を第2の基板2の
上面に形成した振動室用の凹部15により構成されてい
る。また、別の例として凹部の形成は第1の基板1の下
面でもよい。ここでは、凹部15の深さをエッチングに
より0.3μmとしている。なお、ノズル溝11のピッ
チは0.2mmであり、その幅は80μmである。
2の基板2にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第2の基板
2の上面には振動室9を構成することになる、中央付近
に細長い支柱35を有する凹部15が設けられている。
なお、振動板5の厚みを厚く形成することによりインク
吐出に必要な所定の剛性が得られる時は、支柱35は設
けなくともよい。本実施例においては、振動板5とこれ
に対向して配置される個別電極21との対向間隔、即ち
ギャップ部16の長さG(図3参照、以下「ギャップ
長」と記す。)が、凹部15の深さと個別電極21の厚
さとの差になるように、間隔保持手段を第2の基板2の
上面に形成した振動室用の凹部15により構成されてい
る。また、別の例として凹部の形成は第1の基板1の下
面でもよい。ここでは、凹部15の深さをエッチングに
より0.3μmとしている。なお、ノズル溝11のピッ
チは0.2mmであり、その幅は80μmである。
【0012】この第2の基板2を第1の基板1に接合す
ることによって振動室9を構成するとともに、第2の基
板2上の振動板5に対応する各々の位置に、金を0.1
μmスパッタし、支柱35取り囲むように振動板5とほ
ぼ同じ形状に金パターンを形成して個別電極21として
いる。個別電極21は、リード部22及び端子部23を
備えている。これらの電極等21,22,23の材料は
金の代わりにITO等の酸性導電膜でもよい。
ることによって振動室9を構成するとともに、第2の基
板2上の振動板5に対応する各々の位置に、金を0.1
μmスパッタし、支柱35取り囲むように振動板5とほ
ぼ同じ形状に金パターンを形成して個別電極21として
いる。個別電極21は、リード部22及び端子部23を
備えている。これらの電極等21,22,23の材料は
金の代わりにITO等の酸性導電膜でもよい。
【0013】第1の基板1の上面に接合される上側の第
3の基板3は、第2の基板2と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第3の基板3の接合によって、ノズ
ル孔4、吐出室6、オリフィス7及びインクキャビティ
8が構成される。そして、このインクキャビティ8に
は、第1の基板1と第3の基板3とを接合するときにそ
の凹部がつぶれないように強度をもたせるために凸部3
6が設けられている。
3の基板3は、第2の基板2と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第3の基板3の接合によって、ノズ
ル孔4、吐出室6、オリフィス7及びインクキャビティ
8が構成される。そして、このインクキャビティ8に
は、第1の基板1と第3の基板3とを接合するときにそ
の凹部がつぶれないように強度をもたせるために凸部3
6が設けられている。
【0014】次に、第1の基板1と第2の基板2を温度
270〜400℃、電圧500〜800Vの印加で陽極
接合し、また同条件で第1の基板1と第3の基板3とを
接合し、図3のようにインクジェットヘッドを組み立て
る。陽極接合後に、振動板5と第2の基板2上の個別電
極21との間に形成されるギャップ長Gは、上述のよう
に凹部15の深さと個別電極21の厚さとの差であり、
本実施例では0.2μmとしてある。
270〜400℃、電圧500〜800Vの印加で陽極
接合し、また同条件で第1の基板1と第3の基板3とを
接合し、図3のようにインクジェットヘッドを組み立て
る。陽極接合後に、振動板5と第2の基板2上の個別電
極21との間に形成されるギャップ長Gは、上述のよう
に凹部15の深さと個別電極21の厚さとの差であり、
本実施例では0.2μmとしてある。
【0015】上記のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、図3又は図4に示されるように、共通電極
17と個別電極21の端子部23間にそれぞれ配線(F
PC:フレキシブル・プリント・サーキット)101に
より駆動回路102を接続する。配線101と電極1
7,23との接合手段として、本実施例においては異方
性導電膜を使用している。ところで、振動室9には窒素
ガスが送入され、絶縁封止剤30により気密封止されて
いる。本実施例においては端子部23の近傍にて封止さ
れており、アクチュエータの容積に振動室9のみなら
ず、リード部22によって形成される溝の容積も含まれ
るようにしてある(この点の詳細については後述す
る)。インク103は、図示しないインクタンクよりイ
ンク供給管33、インクジェットヘッド後部に外嵌され
たインク供給容器32を経て第1の基板1の内部に供給
され、インクキャビティ8、吐出室6等を満たしてい
る。そして、吐出室6のインクは、図4に示されるよう
に、インクジェットヘッド10の駆動時にノズル孔4よ
りインク液滴104となって吐出され、記録紙105に
印字される。
立てた後は、図3又は図4に示されるように、共通電極
17と個別電極21の端子部23間にそれぞれ配線(F
PC:フレキシブル・プリント・サーキット)101に
より駆動回路102を接続する。配線101と電極1
7,23との接合手段として、本実施例においては異方
性導電膜を使用している。ところで、振動室9には窒素
ガスが送入され、絶縁封止剤30により気密封止されて
いる。本実施例においては端子部23の近傍にて封止さ
れており、アクチュエータの容積に振動室9のみなら
ず、リード部22によって形成される溝の容積も含まれ
るようにしてある(この点の詳細については後述す
る)。インク103は、図示しないインクタンクよりイ
ンク供給管33、インクジェットヘッド後部に外嵌され
たインク供給容器32を経て第1の基板1の内部に供給
され、インクキャビティ8、吐出室6等を満たしてい
る。そして、吐出室6のインクは、図4に示されるよう
に、インクジェットヘッド10の駆動時にノズル孔4よ
りインク液滴104となって吐出され、記録紙105に
印字される。
【0016】ところで、本実施例においては、上述のよ
うに振動室9が封止されており、そして、この振動室9
を含んだアクチュエータの容積Vと振動板5による排除
容積ΔVとの比の上下限値は、2≦V/ΔV≦8、にな
るようにアクチュエータの容積が設定されている。次
に、V/ΔVを上記のように設定した根拠を説明する。
図6はV/ΔVの下限値の根拠を説明するための振動板
5の動作説明図である。振動板5の変形により排除され
る振動室9の容積ΔVは次式により表される。但し、
P:圧力、l:振動板5の長さ、G:エアーギャップ長
(溝深さ)、w:振動板5の幅、y:振動板5の変位
量、E:振動板のヤング率、I:振動板の断面2次モー
メント、S:図のハッチング部分の面積、とする。
うに振動室9が封止されており、そして、この振動室9
を含んだアクチュエータの容積Vと振動板5による排除
容積ΔVとの比の上下限値は、2≦V/ΔV≦8、にな
るようにアクチュエータの容積が設定されている。次
に、V/ΔVを上記のように設定した根拠を説明する。
図6はV/ΔVの下限値の根拠を説明するための振動板
5の動作説明図である。振動板5の変形により排除され
る振動室9の容積ΔVは次式により表される。但し、
P:圧力、l:振動板5の長さ、G:エアーギャップ長
(溝深さ)、w:振動板5の幅、y:振動板5の変位
量、E:振動板のヤング率、I:振動板の断面2次モー
メント、S:図のハッチング部分の面積、とする。
【0017】
【数1】
【0018】即ち、振動板の弾性によって、振動板を復
元する方向に働く圧力Pmは、排除容積ΔVの関数で次
式によって表される。
元する方向に働く圧力Pmは、排除容積ΔVの関数で次
式によって表される。
【0019】
【数2】
【0020】但し、kは振動板の弾性定数であり、十分
なインク吐出力を得るために、本実施例では、8×10
4(Pa/m3)以上になるように設定されている。
なインク吐出力を得るために、本実施例では、8×10
4(Pa/m3)以上になるように設定されている。
【0021】また、アクチュエータの静電吸引圧力Pe
は次式に表される。但し、ε0 :誘電率(8.85×1
0-12 (F/m)(真空中)、Vh :印加電圧(=駆動
電圧)、εr :比誘電率、である。本実施例において
は、Vh =35(V)、εr =約1、G=0.2(μ
m)である。
は次式に表される。但し、ε0 :誘電率(8.85×1
0-12 (F/m)(真空中)、Vh :印加電圧(=駆動
電圧)、εr :比誘電率、である。本実施例において
は、Vh =35(V)、εr =約1、G=0.2(μ
m)である。
【0022】
【数3】
【0023】振動板の変位yの範囲(0〜G)、または
これに対応する排除容積ΔVの範囲に対して、静電吸引
力Peと振動板を復元する方向に働く圧力Pmの差の最
小値は、上述した式に各パラメータを代入して計算する
ことにより、次式のように表される。
これに対応する排除容積ΔVの範囲に対して、静電吸引
力Peと振動板を復元する方向に働く圧力Pmの差の最
小値は、上述した式に各パラメータを代入して計算する
ことにより、次式のように表される。
【0024】
【数4】
【0025】もし、(Pe−Pm)min<<0であれば、
たとえ、振動室が待機解放されていても、十分なインク
吐出を得られる吸引力は得られない。
たとえ、振動室が待機解放されていても、十分なインク
吐出を得られる吸引力は得られない。
【0026】次に、アクチュエータ内の圧力Piは次式
により表される。但し、P0 :大気圧、V:アクチュエ
ータの容積、である。
により表される。但し、P0 :大気圧、V:アクチュエ
ータの容積、である。
【0027】
【数5】
【0028】従って、アクチュエータ内圧力に打ち勝っ
て十分なインク吐出が得られるように静電吸引可能とな
るためには、次式の成立が必要となる。ここで、ΔPは
排除体積ΔVの増加に伴って、上昇するアクチュエータ
内の圧力増加量である。
て十分なインク吐出が得られるように静電吸引可能とな
るためには、次式の成立が必要となる。ここで、ΔPは
排除体積ΔVの増加に伴って、上昇するアクチュエータ
内の圧力増加量である。
【0029】
【数6】
【0030】上式からヘッド駆動が可能となるためのV
/ΔVは次式により表される。
/ΔVは次式により表される。
【0031】
【数7】
【0032】次に、V/ΔVの上限値の根拠について説
明する。次に示す表1は各解像度のインクジェットヘッ
ドを設計した場合の設計値を示したものである。
明する。次に示す表1は各解像度のインクジェットヘッ
ドを設計した場合の設計値を示したものである。
【0033】
【表1】
【0034】表1において、,は第1の基板1に
(100)面シリコン基板を用いたシリコンヘッドの例
であり、のものは振動室9の容積のみをアクチュエー
タの容積としたものである。のものは電極端子近傍で
封止し(図3及び図5参照)、配線部の容積(ダミー容
積)と振動室9の容積とをアクチュエータの容積とした
ものであり、アクチュエータ内圧力の低減を図ってい
る。,,は第1の基板1に(110)面シリコン
基板を用いたインクジェットヘッドにおいて、限られた
ヘッドサイズ内で同様にアクチュエータの容積を最大に
したものである。〜のいずれの場合においても、イ
ンクジェットヘッドとしての機能を満足し、ヘッドのウ
エハからの取り数を最大にする、という観点から設計し
た値である。例えばの場合には、V/ΔVは2.3
1、アクチュエータ内圧力は1.77Kgf/cm2
(17.3×104Pa)であるが、ヘッドサイズを変
えずにダミー容積を設けてアクチュエータの容積を増加
させると、のように、V/ΔVは4.69となり、ア
クチュエータ内圧力は1.27Kgf/cm2(12.
4×104Pa) となり、アクチュエータ内圧力を約3
0%低減できる。これ以上の低減は、ヘッドサイズを大
きく、つまり、ヘッドのウエハからの取り数を減少させ
なければ実現できず、ヘッド単価の増加につながる。
(100)面シリコン基板を用いたシリコンヘッドの例
であり、のものは振動室9の容積のみをアクチュエー
タの容積としたものである。のものは電極端子近傍で
封止し(図3及び図5参照)、配線部の容積(ダミー容
積)と振動室9の容積とをアクチュエータの容積とした
ものであり、アクチュエータ内圧力の低減を図ってい
る。,,は第1の基板1に(110)面シリコン
基板を用いたインクジェットヘッドにおいて、限られた
ヘッドサイズ内で同様にアクチュエータの容積を最大に
したものである。〜のいずれの場合においても、イ
ンクジェットヘッドとしての機能を満足し、ヘッドのウ
エハからの取り数を最大にする、という観点から設計し
た値である。例えばの場合には、V/ΔVは2.3
1、アクチュエータ内圧力は1.77Kgf/cm2
(17.3×104Pa)であるが、ヘッドサイズを変
えずにダミー容積を設けてアクチュエータの容積を増加
させると、のように、V/ΔVは4.69となり、ア
クチュエータ内圧力は1.27Kgf/cm2(12.
4×104Pa) となり、アクチュエータ内圧力を約3
0%低減できる。これ以上の低減は、ヘッドサイズを大
きく、つまり、ヘッドのウエハからの取り数を減少させ
なければ実現できず、ヘッド単価の増加につながる。
【0035】解像度を高くした場合には、印字に必要な
吐出インク量も、低解像度に比べて少量でよいためΔV
も小さくなる。また、マルチノズルの場合には、ヘッド
面積に対して電極配線部(リード部22)が占める面積
(振動板以外の面積)が増加するため、比較的、ダミー
容積を増やすことができ、従って、V/ΔVを大きくで
きる。例えば,の場合には、(振動板の総面積/ヘ
ッド面積)が40%程度であるのに対し、,,の
場合には25%程度である。これら高解像度の場合に
は、インクジェットヘッドとしての機能及びウエハから
の取り数を犠牲にすることなく、可能な限りのダミー容
積を設けたときは、V/ΔV≦8となる。V/ΔVをそ
れより大きな値にすることは、ヘッドサイズを大きく、
つまり、ヘッドのウエハからの取り数を減少させなけれ
ば実現できず、ヘッド単価の増加につながるし、また、
V/ΔV≦8の範囲であれば十分な効果(アクチュエー
タ内圧力の低減)が得られ、それ以上にしても効果に大
きな差は生じず、アクチュエータ内圧力Piが1.15
Kgf/cm2 から1Kgf/cmに近付く程度の差に
にすぎない。従って、上述のように種々の解像度のヘッ
ドを考慮した場合に、V/ΔVの合理的な範囲は、上述
のように、2≦V/ΔV≦8となる。
吐出インク量も、低解像度に比べて少量でよいためΔV
も小さくなる。また、マルチノズルの場合には、ヘッド
面積に対して電極配線部(リード部22)が占める面積
(振動板以外の面積)が増加するため、比較的、ダミー
容積を増やすことができ、従って、V/ΔVを大きくで
きる。例えば,の場合には、(振動板の総面積/ヘ
ッド面積)が40%程度であるのに対し、,,の
場合には25%程度である。これら高解像度の場合に
は、インクジェットヘッドとしての機能及びウエハから
の取り数を犠牲にすることなく、可能な限りのダミー容
積を設けたときは、V/ΔV≦8となる。V/ΔVをそ
れより大きな値にすることは、ヘッドサイズを大きく、
つまり、ヘッドのウエハからの取り数を減少させなけれ
ば実現できず、ヘッド単価の増加につながるし、また、
V/ΔV≦8の範囲であれば十分な効果(アクチュエー
タ内圧力の低減)が得られ、それ以上にしても効果に大
きな差は生じず、アクチュエータ内圧力Piが1.15
Kgf/cm2 から1Kgf/cmに近付く程度の差に
にすぎない。従って、上述のように種々の解像度のヘッ
ドを考慮した場合に、V/ΔVの合理的な範囲は、上述
のように、2≦V/ΔV≦8となる。
【0036】ところで、本実施例においてはアクチュエ
ータに窒素ガスが封止されているが、このアクチュエー
タの封止ガスとしては、例えば(a)不活性ガス(H
e、Ne)、(b)窒素ガス、(c)乾燥空気がある。
この封止ガスには、化学的に安定しており、駆動時(放
電時)に化学反応してガスの性質が変化して振動板5、
個別電極21等を腐蝕、破損させることがない、という
特性が要求される。この特性の観点から望ましい封入ガ
スは上記の(a),(b),(c)の順序になるが、コ
ストの観点からはその逆に上記の(c),(b),
(a)の順序になる。従って、総合すると、(b)窒素
ガスが最も望ましい。このような封止ガスにより振動室
9においてスパークの発生が避けられ、安定した動作が
得られる。
ータに窒素ガスが封止されているが、このアクチュエー
タの封止ガスとしては、例えば(a)不活性ガス(H
e、Ne)、(b)窒素ガス、(c)乾燥空気がある。
この封止ガスには、化学的に安定しており、駆動時(放
電時)に化学反応してガスの性質が変化して振動板5、
個別電極21等を腐蝕、破損させることがない、という
特性が要求される。この特性の観点から望ましい封入ガ
スは上記の(a),(b),(c)の順序になるが、コ
ストの観点からはその逆に上記の(c),(b),
(a)の順序になる。従って、総合すると、(b)窒素
ガスが最も望ましい。このような封止ガスにより振動室
9においてスパークの発生が避けられ、安定した動作が
得られる。
【0037】なお、上記の実施例においてアクチュエー
タの容積にダミー容積も含めるようにした場合には、リ
ード部22が形成された溝に連通する適当な空気室を設
けてアクチュエータの容積を調整し、各々のノズルに対
応するアクチュエータの容積Vを均一にすることもでき
る。
タの容積にダミー容積も含めるようにした場合には、リ
ード部22が形成された溝に連通する適当な空気室を設
けてアクチュエータの容積を調整し、各々のノズルに対
応するアクチュエータの容積Vを均一にすることもでき
る。
【0038】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アク
チュエータを気密に構成し、かつ、アクチュエータの容
積Vと、駆動時に振動板によって排除される容積ΔVと
の比が、2≦V/ΔV≦8の範囲に入るように、アクチ
ュエータの容積Vを設定したので、振動板の吸引時に空
気中の塵埃が吸引されてヘッド内に侵入するおそれがな
くなっており、また、アクチュエータの容積は振動板の
排除容積より十分に大きくとってあるため、アクチュエ
ータ内圧力の上昇が少なく、十分な吸引力が得られ、し
かもアクチュエータの容積Vに合理的な上限値を設けた
のでヘッドの大形化が避けられている。従って、空気抵
抗の影響が少なく、インク吐出に足る十分な振動板の吸
引力を発生することができるので、印刷の品質及び信頼
性に優れたインクジェットヘッドを得ることができる。
チュエータを気密に構成し、かつ、アクチュエータの容
積Vと、駆動時に振動板によって排除される容積ΔVと
の比が、2≦V/ΔV≦8の範囲に入るように、アクチ
ュエータの容積Vを設定したので、振動板の吸引時に空
気中の塵埃が吸引されてヘッド内に侵入するおそれがな
くなっており、また、アクチュエータの容積は振動板の
排除容積より十分に大きくとってあるため、アクチュエ
ータ内圧力の上昇が少なく、十分な吸引力が得られ、し
かもアクチュエータの容積Vに合理的な上限値を設けた
のでヘッドの大形化が避けられている。従って、空気抵
抗の影響が少なく、インク吐出に足る十分な振動板の吸
引力を発生することができるので、印刷の品質及び信頼
性に優れたインクジェットヘッドを得ることができる。
【0039】また、本発明によれば、アクチュエータの
容積に配線部分の容積を含めるようにしたのでアクチュ
エータの大形化が避けられ、更に、アクチュエータにガ
スを封入するようにしたことにより、駆動時スパークの
発生が避けられ、安定した動作が得られる。
容積に配線部分の容積を含めるようにしたのでアクチュ
エータの大形化が避けられ、更に、アクチュエータにガ
スを封入するようにしたことにより、駆動時スパークの
発生が避けられ、安定した動作が得られる。
【図1】本発明の一実施例に係るインクジェットヘッド
の分解斜視図である。
の分解斜視図である。
【図2】図1のA部拡大図である。
【図3】図1の実施例のインクジェットヘッドの組立て
後の斜視図である。
後の斜視図である。
【図4】図1のインクジェットヘッドの断面側面図であ
る。
る。
【図5】図5は図4のA−A断面図である。
【図6】図1の実施例におけるV/ΔVの下限値の根拠
を説明するための動作説明図である。
を説明するための動作説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 藤本 義仁 (56)参考文献 特開 平5−50601(JP,A) 特開 平6−23986(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16
Claims (4)
- 【請求項1】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
路と、該流路の一部に形成された振動板と、該振動板に
対向して形成された電極とを有し、前記振動板と前記電
極との間に電気パルスを印加し、前記振動板を静電気力
により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出する
インクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置
において、 前記振動板と前記電極とによって形成される振動室は、
容積Vを持って気密となるように封じられており、か
つ、前記容積Vと、駆動時に前記振動板によって排除さ
れる容積ΔVとの比が、2≦V/ΔV≦8の範囲に入る
ように、前記容積Vを設定したことを特徴とするインク
ジェット記録装置。 - 【請求項2】 前記容積Vには、前記電極につながる配
線部が形成された溝の容積が含まれることを特徴とする
請求項1記載のインク記録装置。 - 【請求項3】 前記振動室には、不活性ガス、窒素ガス
又は乾燥空気のいずれかが封入されることを特徴とする
請求項1又は2記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項4】 請求項2において、複数の前記アクチュ
エータを有し、前記配線部が形成された溝に連通し、各
々の容積Vを均一にする容積調整手段を有することを特
徴とするインクジェット記録装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4694195A JP3329125B2 (ja) | 1994-03-09 | 1995-03-07 | インクジェット記録装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6-38733 | 1994-03-09 | ||
JP3873394 | 1994-03-09 | ||
JP4694195A JP3329125B2 (ja) | 1994-03-09 | 1995-03-07 | インクジェット記録装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07299908A JPH07299908A (ja) | 1995-11-14 |
JP3329125B2 true JP3329125B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=12533535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4694195A Expired - Fee Related JP3329125B2 (ja) | 1994-03-09 | 1995-03-07 | インクジェット記録装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JP3329125B2 (ja) |
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JPH10305578A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-11-17 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド |
US8366243B2 (en) | 1997-07-15 | 2013-02-05 | Zamtec Ltd | Printhead integrated circuit with actuators proximate exterior surface |
US7393083B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-07-01 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet printer with low nozzle to chamber cross-section ratio |
EP0999933B1 (en) * | 1997-07-15 | 2005-03-02 | Silverbrook Research Pty. Limited | Magnetic-field-acutated ink jet nozzle |
US7661793B2 (en) | 1997-07-15 | 2010-02-16 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with individual ink feed channels etched from both sides of wafer |
US7328975B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-02-12 | Silverbrook Research Pty Ltd | Injet printhead with thermal bend arm exposed to ink flow |
US7234795B2 (en) | 1997-07-15 | 2007-06-26 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with CMOS compatible actuator voltage |
US7527357B2 (en) | 1997-07-15 | 2009-05-05 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle array with individual feed channel for each nozzle |
US7708372B2 (en) | 1997-07-15 | 2010-05-04 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with ink feed channels etched from back of wafer |
US7497555B2 (en) | 1998-07-10 | 2009-03-03 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle assembly with pre-shaped actuator |
US6986202B2 (en) | 1997-07-15 | 2006-01-17 | Silverbrook Research Pty Ltd. | Method of fabricating a micro-electromechanical fluid ejection device |
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US7410250B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-08-12 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with supply duct dimensioned for viscous damping |
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US7775634B2 (en) | 1997-07-15 | 2010-08-17 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet chamber with aligned nozzle and inlet |
US7360871B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-04-22 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet chamber with ejection actuator between inlet and nozzle |
US6866290B2 (en) | 2002-12-04 | 2005-03-15 | James Tsai | Apparatus of a collapsible handcart for turning a platform when operating a retractable handle |
US7475965B2 (en) | 1997-07-15 | 2009-01-13 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet printer with low droplet to chamber volume ratio |
US8117751B2 (en) | 1997-07-15 | 2012-02-21 | Silverbrook Research Pty Ltd | Method of forming printhead by removing sacrificial material through nozzle apertures |
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US7334874B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-02-26 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle chamber with electrostatically attracted plates |
US7293855B2 (en) | 1997-07-15 | 2007-11-13 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with ink supply channel parallel to drop trajectory |
US6682176B2 (en) | 1997-07-15 | 2004-01-27 | Silverbrook Research Pty Ltd | Ink jet printhead chip with nozzle arrangements incorporating spaced actuating arms |
US7401900B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-07-22 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with long ink supply channel |
US7578582B2 (en) | 1997-07-15 | 2009-08-25 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle chamber holding two fluids |
US6557977B1 (en) | 1997-07-15 | 2003-05-06 | Silverbrook Research Pty Ltd | Shape memory alloy ink jet printing mechanism |
AUPO800497A0 (en) | 1997-07-15 | 1997-08-07 | Silverbrook Research Pty Ltd | Image creation method and apparatus (IJ26) |
US7591539B2 (en) | 1997-07-15 | 2009-09-22 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet printhead with narrow printing zone |
US7753469B2 (en) | 1997-07-15 | 2010-07-13 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle chamber with single inlet and plurality of nozzles |
US7472984B2 (en) | 1997-07-15 | 2009-01-06 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet chamber with plurality of nozzles |
US7410243B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-08-12 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with resiliently biased ejection actuator |
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US6616270B1 (en) | 1998-08-21 | 2003-09-09 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and ink jet recording apparatus comprising the same |
JP4052781B2 (ja) | 2000-03-30 | 2008-02-27 | 株式会社リコー | 静電インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 |
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---|---|---|---|---|
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JPS59115860A (ja) * | 1982-12-23 | 1984-07-04 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | インクジエツト記録装置 |
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JP2768080B2 (ja) * | 1990-11-28 | 1998-06-25 | 松下電器産業株式会社 | インクジェット記録装置 |
-
1995
- 1995-03-07 JP JP4694195A patent/JP3329125B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
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EP0671271B1 (en) | 2000-07-05 |
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