JP3384186B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
インクジェットヘッドInfo
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- JP3384186B2 JP3384186B2 JP9570895A JP9570895A JP3384186B2 JP 3384186 B2 JP3384186 B2 JP 3384186B2 JP 9570895 A JP9570895 A JP 9570895A JP 9570895 A JP9570895 A JP 9570895A JP 3384186 B2 JP3384186 B2 JP 3384186B2
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- ink
- wall
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- 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
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はインクを吐出するノズル
と、前記ノズルに連通しインクに圧力を加える圧力発生
室と、圧力発生室の圧力を変化させる圧力発生手段とを
備え、前記圧力発生手段に印加する信号によって圧力発
生室の容積を変化させ前記ノズルよりインクを吐出させ
るインクジェットヘッドに関する。
と、前記ノズルに連通しインクに圧力を加える圧力発生
室と、圧力発生室の圧力を変化させる圧力発生手段とを
備え、前記圧力発生手段に印加する信号によって圧力発
生室の容積を変化させ前記ノズルよりインクを吐出させ
るインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】一端がインク供給流路を経てインクタン
クに連通する圧力発生室にノズル開口を設けると共に、
圧力発生室に圧力を発生させる手段、例えば圧力発生室
内の一部をダイヤフラム状に形成して変形可能領域を形
成し、この領域を押圧する電気機械的変位手段を設け
て、ノズル開口からインク滴を発生させるように構成さ
れている。このようなインクジェット記録装置は、出力
画像の高品位化と出力速度の高速化が求められており、
より微細なインク滴をより高い周波数で安定して吐出さ
せる技術を開発することが急務となっている。
クに連通する圧力発生室にノズル開口を設けると共に、
圧力発生室に圧力を発生させる手段、例えば圧力発生室
内の一部をダイヤフラム状に形成して変形可能領域を形
成し、この領域を押圧する電気機械的変位手段を設け
て、ノズル開口からインク滴を発生させるように構成さ
れている。このようなインクジェット記録装置は、出力
画像の高品位化と出力速度の高速化が求められており、
より微細なインク滴をより高い周波数で安定して吐出さ
せる技術を開発することが急務となっている。
【０００３】メインのインク滴を高速に吐出させ、その
後の不要なインク滴の発生を抑制し、繰り返してインク
滴を吐出させる周波数を高くするという、インクジェッ
トヘッドのインク滴の吐出特性を決める上で、圧力発生
室の圧力振動を適切に制御することが非常に重要であ
る。圧力発生室に圧力で変形する弾性壁を薄肉部として
形成し最適に構成する技術が、特開平６−３２０７２５
号明細書に開示されている。また、駆動方法を工夫し
て、圧力発生室の圧力を制御する技術が、特開平２−１
９２９４７号公報に開示されている。
後の不要なインク滴の発生を抑制し、繰り返してインク
滴を吐出させる周波数を高くするという、インクジェッ
トヘッドのインク滴の吐出特性を決める上で、圧力発生
室の圧力振動を適切に制御することが非常に重要であ
る。圧力発生室に圧力で変形する弾性壁を薄肉部として
形成し最適に構成する技術が、特開平６−３２０７２５
号明細書に開示されている。また、駆動方法を工夫し
て、圧力発生室の圧力を制御する技術が、特開平２−１
９２９４７号公報に開示されている。
【０００４】これらの従来技術は、インクジェットヘッ
ドの構造で決まる振動系の固有振動に着目し、この系に
固有な振動の発生を制御しようとするものである。
ドの構造で決まる振動系の固有振動に着目し、この系に
固有な振動の発生を制御しようとするものである。
【０００５】この系に固有な振動を、インク滴の吐出時
には大きく、インク滴の吐出後は小さくすることが良好
なインク吐出特性を得るために必要となるが、この２つ
の条件を両立させることは、温度等の環境変化やインク
ジェットヘッドの製造誤差により固有振動が変化するた
め、非常に難しかった。
には大きく、インク滴の吐出後は小さくすることが良好
なインク吐出特性を得るために必要となるが、この２つ
の条件を両立させることは、温度等の環境変化やインク
ジェットヘッドの製造誤差により固有振動が変化するた
め、非常に難しかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】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、印字品質の向上と印字速度の向上とを図ることが
できる新規なインクジェットヘッドを提供することであ
る。
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、印字品質の向上と印字速度の向上とを図ることが
できる新規なインクジェットヘッドを提供することであ
る。
【０００７】
【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、インクを吐出するノズル
と、前記ノズルに連通しインクに圧力を加える圧力発生
室と、この圧力発生室にインクを供給するインク供給路
とを有し、前記圧力発生室の少なくとも一方の側面は変
形可能な弾性壁を有し、前記圧力発生室の外側に前記弾
性壁と空隙を挟んで対向して設けた対向壁と前記弾性壁
とに対向電極を形成し、この対向電極に駆動電圧を印加
することにより前記弾性壁を変形させ、前記ノズルより
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記弾性壁に前記弾性壁の他の部分と比較して剛性が低
い部分を設け、この剛性が低い部分が前記駆動電圧によ
り前記対向壁に当接するように構成した。
るために本発明においては、インクを吐出するノズル
と、前記ノズルに連通しインクに圧力を加える圧力発生
室と、この圧力発生室にインクを供給するインク供給路
とを有し、前記圧力発生室の少なくとも一方の側面は変
形可能な弾性壁を有し、前記圧力発生室の外側に前記弾
性壁と空隙を挟んで対向して設けた対向壁と前記弾性壁
とに対向電極を形成し、この対向電極に駆動電圧を印加
することにより前記弾性壁を変形させ、前記ノズルより
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記弾性壁に前記弾性壁の他の部分と比較して剛性が低
い部分を設け、この剛性が低い部分が前記駆動電圧によ
り前記対向壁に当接するように構成した。
【０００８】
【作用】弾性壁は対向壁に当接しない状態では、圧力に
比例してたわむ。即ち、単位圧力に対する壁の変形によ
る容積変化で定義されるコンプライアンスが一定となる
特性を持っている。しかし、弾性壁が対向壁に当接する
と圧力の増加に対する弾性壁の変形が小さくなる。即ち
コンプライアンスが変化し小さくなる。このコンプライ
アンスはインクの振動系の固有周期を決めるため、弾性
壁が当接していない状態と当接している状態で固有周期
が変化し、当接している状態では固有周期は短くなる。
また、当接の程度によっても固有周期は変化する。イン
クの吐出時には、大きな正圧が発生するが、この時に弾
性壁が当接し、系の応答性が速くなると、高速にインク
滴を吐出させることが出来る。また、吐出後は弾性壁が
対向壁から離れるため、系の応答が遅くなり、吐出後の
流体運動を緩和できる。
比例してたわむ。即ち、単位圧力に対する壁の変形によ
る容積変化で定義されるコンプライアンスが一定となる
特性を持っている。しかし、弾性壁が対向壁に当接する
と圧力の増加に対する弾性壁の変形が小さくなる。即ち
コンプライアンスが変化し小さくなる。このコンプライ
アンスはインクの振動系の固有周期を決めるため、弾性
壁が当接していない状態と当接している状態で固有周期
が変化し、当接している状態では固有周期は短くなる。
また、当接の程度によっても固有周期は変化する。イン
クの吐出時には、大きな正圧が発生するが、この時に弾
性壁が当接し、系の応答性が速くなると、高速にインク
滴を吐出させることが出来る。また、吐出後は弾性壁が
対向壁から離れるため、系の応答が遅くなり、吐出後の
流体運動を緩和できる。
【０００９】また、このように系の特性が非線形的に変
化する系では、特定の振動が強く発振することが無くな
り、不必要なインク吐出が抑えられる。
化する系では、特定の振動が強く発振することが無くな
り、不必要なインク吐出が抑えられる。
【００１０】
【実施例】以下実施例に従って本発明のインクジェット
ヘッドについて詳しく説明する。
ヘッドについて詳しく説明する。
【００１１】本発明の第１の実施例のインクジェットヘ
ッドの断面図を図１に、平面図を図２に、図１に直交す
る面での断面図を図３に示す。シリコン基板１は、基板
の一方の面よりエッチングを施すことにより、圧力発生
室４、インク供給路５、共通インク室６となる溝を加工
し、ノズルプレート２で塞ぎ、流路を形成してある。ノ
ズルプレート２にはノズル１１が形成されており、圧力
発生室４に連通している。圧力発生室４の底壁は、シリ
コン基板１の薄い弾性壁７、８で構成されている。
ッドの断面図を図１に、平面図を図２に、図１に直交す
る面での断面図を図３に示す。シリコン基板１は、基板
の一方の面よりエッチングを施すことにより、圧力発生
室４、インク供給路５、共通インク室６となる溝を加工
し、ノズルプレート２で塞ぎ、流路を形成してある。ノ
ズルプレート２にはノズル１１が形成されており、圧力
発生室４に連通している。圧力発生室４の底壁は、シリ
コン基板１の薄い弾性壁７、８で構成されている。
【００１２】図２に示すように、図示していない外部の
インクタンクからのインクはインク供給口１４から共通
インク室６に供給され、ここよりインク供給路５を経て
複数の圧力発生室４へ分配される。
インクタンクからのインクはインク供給口１４から共通
インク室６に供給され、ここよりインク供給路５を経て
複数の圧力発生室４へ分配される。
【００１３】シリコン基板１の弾性壁７、８が形成され
ている面には、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラ
ス基板３が接合されている。このガラス基板３のシリコ
ン基板１との接合面には、シリコン基板１の各圧力発生
室４に対応して浅くエッチングした凹部９が形成されて
おり、弾性壁７、８は非常に僅かな空隙を隔ててガラス
基板３の凹部９の底壁と対向している。
ている面には、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラ
ス基板３が接合されている。このガラス基板３のシリコ
ン基板１との接合面には、シリコン基板１の各圧力発生
室４に対応して浅くエッチングした凹部９が形成されて
おり、弾性壁７、８は非常に僅かな空隙を隔ててガラス
基板３の凹部９の底壁と対向している。
【００１４】各圧力発生室に共通な電極としても機能す
る弾性壁７、８と対向して、ガラス基板３の凹部９の底
壁にはセグメント電極１０が形成されており、セグメン
ト電極１０上に形成された無機ガラスからなる絶縁層１
５と空隙を挟んで、弾性壁７、８とセグメント電極１０
が対向電極を形成している。
る弾性壁７、８と対向して、ガラス基板３の凹部９の底
壁にはセグメント電極１０が形成されており、セグメン
ト電極１０上に形成された無機ガラスからなる絶縁層１
５と空隙を挟んで、弾性壁７、８とセグメント電極１０
が対向電極を形成している。
【００１５】電圧印加手段１３は、図示していない外部
からの印字信号に応じ、圧力発生室に対応した対向電極
に駆動電圧を印加する。電圧印加手段１３一方の出力
は、個々のセグメント電極１０に接続し、もう一方の出
力はシリコン基板１に形成された共通電極端子１２に接
続している。シリコン基板１自体は導電性を持つため、
この共通電極端子１２から弾性壁７、８の共通電極に電
圧を供給することが出来る。また、より低い電気抵抗で
共通電極に電圧を供給する必要が有る場合には、例え
ば、シリコン基板１の一方の面に金等の導電性材料の薄
膜を蒸着やスパッタリングで形成する。本実施例では、
シリコン基板１とガラス基板３との接合に陽極接合を用
いるために、シリコン基板１の流路形成面側に導電膜を
形成した。
からの印字信号に応じ、圧力発生室に対応した対向電極
に駆動電圧を印加する。電圧印加手段１３一方の出力
は、個々のセグメント電極１０に接続し、もう一方の出
力はシリコン基板１に形成された共通電極端子１２に接
続している。シリコン基板１自体は導電性を持つため、
この共通電極端子１２から弾性壁７、８の共通電極に電
圧を供給することが出来る。また、より低い電気抵抗で
共通電極に電圧を供給する必要が有る場合には、例え
ば、シリコン基板１の一方の面に金等の導電性材料の薄
膜を蒸着やスパッタリングで形成する。本実施例では、
シリコン基板１とガラス基板３との接合に陽極接合を用
いるために、シリコン基板１の流路形成面側に導電膜を
形成した。
【００１６】このように、本実施例では弾性壁と空隙を
挟んだ対向壁との間に対向電極を形成し、圧力発生手段
を形成している。即ち、電圧印加手段１３からの駆動電
圧が対向電圧間に印加されると、対向電極間に充電され
た電荷によるクーロン力が発生し、弾性壁７、８はセグ
メント電極側へたわみ、圧力発生室４の容積を拡大す
る。次に電圧印加手段１３からの駆動電圧を急激に落と
し、対向電極間の電荷を放電させると、弾性壁８は弾性
力により復帰し、圧力発生室４の容積が急激に収縮す
る。この時発生するインク圧力により、圧力発生室４を
満たすインクの一部が、圧力発生室４に連通するノズル
１１より、インク滴として吐出する。
挟んだ対向壁との間に対向電極を形成し、圧力発生手段
を形成している。即ち、電圧印加手段１３からの駆動電
圧が対向電圧間に印加されると、対向電極間に充電され
た電荷によるクーロン力が発生し、弾性壁７、８はセグ
メント電極側へたわみ、圧力発生室４の容積を拡大す
る。次に電圧印加手段１３からの駆動電圧を急激に落と
し、対向電極間の電荷を放電させると、弾性壁８は弾性
力により復帰し、圧力発生室４の容積が急激に収縮す
る。この時発生するインク圧力により、圧力発生室４を
満たすインクの一部が、圧力発生室４に連通するノズル
１１より、インク滴として吐出する。
【００１７】本実施例では、弾性壁は圧力発生室４の長
手方向で、その厚さの薄い部分７と厚い部分８を有して
いる。薄い弾性壁７は剛性が低いため、電圧印加手段１
３によりセグメント電極１０との間に電圧を印加する
と、厚い弾性壁８よりも容易にたわみ、図４に示すよう
に、より低い電圧で対向壁に当接する。対向電極間に電
圧を印加しクーロン力で駆動するアクチュエータでは、
駆動力は対向電圧間の電圧の２乗に比例し、対向電極間
の距離に反比例する。電圧印加により弾性壁７がたわむ
と、弾性壁８の弾性壁７側が弾性壁７に引かれるように
して、対向壁に当接する。この作用が弾性壁８の弾性壁
７側から弾性壁８全体に伝播していき、結果として剛性
の低い弾性壁７が無く剛性の高い弾性壁８のみの場合に
比べ、、非常に低い電圧で弾性壁を対向壁に当接させる
ことが可能となった。
手方向で、その厚さの薄い部分７と厚い部分８を有して
いる。薄い弾性壁７は剛性が低いため、電圧印加手段１
３によりセグメント電極１０との間に電圧を印加する
と、厚い弾性壁８よりも容易にたわみ、図４に示すよう
に、より低い電圧で対向壁に当接する。対向電極間に電
圧を印加しクーロン力で駆動するアクチュエータでは、
駆動力は対向電圧間の電圧の２乗に比例し、対向電極間
の距離に反比例する。電圧印加により弾性壁７がたわむ
と、弾性壁８の弾性壁７側が弾性壁７に引かれるように
して、対向壁に当接する。この作用が弾性壁８の弾性壁
７側から弾性壁８全体に伝播していき、結果として剛性
の低い弾性壁７が無く剛性の高い弾性壁８のみの場合に
比べ、、非常に低い電圧で弾性壁を対向壁に当接させる
ことが可能となった。
【００１８】弾性壁を対向壁に当接させた後、電圧印加
を解除すると、クーロン力が無くなり、弾性壁はその弾
性力により復帰しようとする。この時、剛性の高い弾性
壁８は弾性力が大きいため、剛性の低い弾性壁７より速
く応答し、弾性壁８の部分で圧力発生室４の容積を急激
に収縮させ、圧力発生室４に高いインク圧力を発生させ
る。弾性の低い弾性壁７は、非常に緩やかに復帰しよう
とするが、弾性壁８により発生したインク圧力によって
変形が妨げられ、対向壁に当接した状態を維持する。図
４に示すようなこの状態では、インク圧力によって弾性
壁７は更に対向壁側に変形することが出来ないため、コ
ンプライアンスが非常に小さい。即ち、インク滴の吐出
に際して圧力発生室４の剛性は高く（コンプライアンス
が小さい）、インクの流れが急速に大きく発生し、イン
ク滴が高い速度で吐出する。この圧力発生室４のインク
圧力は急激に高くなった後、同じく急激に減少し負の圧
力となる。この負の圧力により、剛性の低い弾性壁７は
対向壁から剥離し、図５に示すように圧力発生室４側に
たわむ。このように対向壁から離れている状態では、弾
性壁は圧力に比例して変形するため、圧力発生室４の剛
性は低く（コンプライアンスが大きい）、インクの流れ
の振動を緩和し、インク滴吐出後のノズルメニスカスの
振動が小さく抑えられる。その後、インク流れの振動
は、インクの粘性により徐々に減衰し、弾性壁７は対向
壁に当接することなく、圧力発生室４の圧力を吸収し、
不要なインク滴の発生を抑え、次のインク滴吐出迄の時
間間隔を短く抑えることが出来る。即ち、インク滴吐出
の周波数を高くすることが出来る。以上述べたように、
本実施例では、剛性の高い弾性壁８が圧力発生手段とし
て機能し、剛性の低い弾性壁７が圧力発生室の圧力で変
形可能な弾性壁として機能していることになる。
を解除すると、クーロン力が無くなり、弾性壁はその弾
性力により復帰しようとする。この時、剛性の高い弾性
壁８は弾性力が大きいため、剛性の低い弾性壁７より速
く応答し、弾性壁８の部分で圧力発生室４の容積を急激
に収縮させ、圧力発生室４に高いインク圧力を発生させ
る。弾性の低い弾性壁７は、非常に緩やかに復帰しよう
とするが、弾性壁８により発生したインク圧力によって
変形が妨げられ、対向壁に当接した状態を維持する。図
４に示すようなこの状態では、インク圧力によって弾性
壁７は更に対向壁側に変形することが出来ないため、コ
ンプライアンスが非常に小さい。即ち、インク滴の吐出
に際して圧力発生室４の剛性は高く（コンプライアンス
が小さい）、インクの流れが急速に大きく発生し、イン
ク滴が高い速度で吐出する。この圧力発生室４のインク
圧力は急激に高くなった後、同じく急激に減少し負の圧
力となる。この負の圧力により、剛性の低い弾性壁７は
対向壁から剥離し、図５に示すように圧力発生室４側に
たわむ。このように対向壁から離れている状態では、弾
性壁は圧力に比例して変形するため、圧力発生室４の剛
性は低く（コンプライアンスが大きい）、インクの流れ
の振動を緩和し、インク滴吐出後のノズルメニスカスの
振動が小さく抑えられる。その後、インク流れの振動
は、インクの粘性により徐々に減衰し、弾性壁７は対向
壁に当接することなく、圧力発生室４の圧力を吸収し、
不要なインク滴の発生を抑え、次のインク滴吐出迄の時
間間隔を短く抑えることが出来る。即ち、インク滴吐出
の周波数を高くすることが出来る。以上述べたように、
本実施例では、剛性の高い弾性壁８が圧力発生手段とし
て機能し、剛性の低い弾性壁７が圧力発生室の圧力で変
形可能な弾性壁として機能していることになる。
【００１９】圧力発生室４の圧力で弾性壁が対向壁に当
接するようにするには、弾性壁の厚さと対向壁との空隙
の距離を適切に設定する必要がある。例えば、圧力発生
室を１インチ当たり９０個の密度で配置させる場合を具
体的に述べる。圧力発生室の幅は２００μｍ、圧力発生
室の長さを３ｍｍ、薄い弾性壁の厚さを３μｍ、厚い弾
性壁の厚さを５μｍ、薄い弾性壁の長さを０．８ｍｍ、
厚い弾性壁の長さを２．２ｍｍ、弾性壁と対向壁との空
隙の距離を１μｍとする。この時、薄い弾性壁は、およ
そ１気圧の圧力で対向壁に当接する。コンプライアンス
は弾性壁の厚さの３乗に反比例し弾性壁の長さに比例す
るから、弾性壁のコンプライアンスの比率は、薄い弾性
壁部が５に対して厚い弾性壁部が３となる。従って、薄
い弾性壁が対向壁に当接すると、コンプライアンスがお
よそ３分の１に減少し、インクの固有振動周期は４割も
短くなる。即ち、インク滴の吐出時には、圧力発生室４
は硬く、吐出後は３倍軟らかくなり、インク滴を速く吐
出させた後のメニスカスの振動を十分に小さく抑えられ
る。
接するようにするには、弾性壁の厚さと対向壁との空隙
の距離を適切に設定する必要がある。例えば、圧力発生
室を１インチ当たり９０個の密度で配置させる場合を具
体的に述べる。圧力発生室の幅は２００μｍ、圧力発生
室の長さを３ｍｍ、薄い弾性壁の厚さを３μｍ、厚い弾
性壁の厚さを５μｍ、薄い弾性壁の長さを０．８ｍｍ、
厚い弾性壁の長さを２．２ｍｍ、弾性壁と対向壁との空
隙の距離を１μｍとする。この時、薄い弾性壁は、およ
そ１気圧の圧力で対向壁に当接する。コンプライアンス
は弾性壁の厚さの３乗に反比例し弾性壁の長さに比例す
るから、弾性壁のコンプライアンスの比率は、薄い弾性
壁部が５に対して厚い弾性壁部が３となる。従って、薄
い弾性壁が対向壁に当接すると、コンプライアンスがお
よそ３分の１に減少し、インクの固有振動周期は４割も
短くなる。即ち、インク滴の吐出時には、圧力発生室４
は硬く、吐出後は３倍軟らかくなり、インク滴を速く吐
出させた後のメニスカスの振動を十分に小さく抑えられ
る。
【００２０】本実施例では、弾性壁をＢドープシリコン
で構成している。即ち、シリコン基板１の表面よりＢを
拡散させることで、耐エッチング性の高い層を形成し、
エッチングでこの層を残すことで弾性壁を形成してい
る。従って、弾性壁の厚さを変えるために、シリコン基
板１をマスクしてＢのドーピング深さを変えた。
で構成している。即ち、シリコン基板１の表面よりＢを
拡散させることで、耐エッチング性の高い層を形成し、
エッチングでこの層を残すことで弾性壁を形成してい
る。従って、弾性壁の厚さを変えるために、シリコン基
板１をマスクしてＢのドーピング深さを変えた。
【００２１】本実施例では、薄い弾性壁７を対向壁とな
る凹部９の底壁に当接させる弾性壁変形手段として、上
記の通りクーロン力を利用したアクチュエータを用いて
おり、このアクチュエータは厚い弾性壁８の圧力発生手
段と駆動回路を兼ねている。これらの２つの弾性壁の領
域に対し、別々の駆動回路を設けることも可能であり、
この場合にはより細かい制御が可能となる。しかし、本
実施例では非常に単純な電極形成と駆動方法により、弾
性壁８を対向壁側にたわませる吐出の準備段階で、弾性
壁７が対向壁に当接するため、圧力発生室４の圧力が高
くなる始めから圧力発生室４の剛性が高くなっており、
非常に効率良く弾性壁８のエネルギをインク滴の吐出に
変換出来る。
る凹部９の底壁に当接させる弾性壁変形手段として、上
記の通りクーロン力を利用したアクチュエータを用いて
おり、このアクチュエータは厚い弾性壁８の圧力発生手
段と駆動回路を兼ねている。これらの２つの弾性壁の領
域に対し、別々の駆動回路を設けることも可能であり、
この場合にはより細かい制御が可能となる。しかし、本
実施例では非常に単純な電極形成と駆動方法により、弾
性壁８を対向壁側にたわませる吐出の準備段階で、弾性
壁７が対向壁に当接するため、圧力発生室４の圧力が高
くなる始めから圧力発生室４の剛性が高くなっており、
非常に効率良く弾性壁８のエネルギをインク滴の吐出に
変換出来る。
【００２２】また、弾性壁を対向壁に当接させる弾性壁
変形手段として、クーロン力を用いるアクチュエータの
他に、弾性壁に非常に薄い圧電材料をスパッタリング等
で形成し、弾性壁と圧電素子からなるユニモルフアクチ
ュエータを形成し、圧電素子に電圧を印加することで弾
性壁をたわませる方法も適用できる。
変形手段として、クーロン力を用いるアクチュエータの
他に、弾性壁に非常に薄い圧電材料をスパッタリング等
で形成し、弾性壁と圧電素子からなるユニモルフアクチ
ュエータを形成し、圧電素子に電圧を印加することで弾
性壁をたわませる方法も適用できる。
【００２３】次に、本発明の第２の実施例のインクジェ
ットヘッドの断面図を図６に示す。
ットヘッドの断面図を図６に示す。
【００２４】本実施例では、剛性の低い弾性壁７を圧力
発生室４のインク供給路５側に形成した。このインクジ
ェットヘッドは、図１に示した本発明の実施例に比較
し、更に優れた特性をもたらした。即ち、対向電極間に
電圧を印加し弾性壁７が対向壁に当接すると、弾性壁８
の弾性壁７側が弾性壁７に引かれるようにして、対向壁
に当接する。この時、圧力発生室４のインク供給路５側
からノズル１１側に向かって弾性壁８がたわみ、対向壁
に当接していくため、インク供給路５からノズル１１に
向かう流れが発生し、その結果としてより多くのインク
をより速い速度で吐出させることが可能となった。この
効果は、より小型のインクジェットヘッドを設計する上
で有効である。
発生室４のインク供給路５側に形成した。このインクジ
ェットヘッドは、図１に示した本発明の実施例に比較
し、更に優れた特性をもたらした。即ち、対向電極間に
電圧を印加し弾性壁７が対向壁に当接すると、弾性壁８
の弾性壁７側が弾性壁７に引かれるようにして、対向壁
に当接する。この時、圧力発生室４のインク供給路５側
からノズル１１側に向かって弾性壁８がたわみ、対向壁
に当接していくため、インク供給路５からノズル１１に
向かう流れが発生し、その結果としてより多くのインク
をより速い速度で吐出させることが可能となった。この
効果は、より小型のインクジェットヘッドを設計する上
で有効である。
【００２５】次に、本発明の第３の実施例のインクジェ
ットヘッドを図７の平面図を用いて説明する。
ットヘッドを図７の平面図を用いて説明する。
【００２６】本実施例では、圧力発生室２４の幅を一部
広くし、積層するガラス基板２３の凹部２９の幅も圧力
発生室２４の幅に対応して広く形成し、この部分で弾性
壁２７の幅を広く構成した。また、圧力発生室２４をよ
り高密度に配置させるため、隣接する圧力発生室２４で
幅を広くする位置を圧力発生室の長手方向にずらして配
置した。コンプライアンスはおよそ弾性壁の幅の４乗に
反比例する。従って、この幅の広い弾性壁２７は、他の
幅の狭い弾性壁２８部分より剛性が低くなる。本実施例
では、弾性壁２７の幅を弾性壁２８の幅の１．３倍に設
定し、圧力発生室２４のコンプライアンスの５０％を弾
性壁２７部分に持たせてある。この弾性壁２７が、クー
ロン力を用いた弾性壁変形手段あるいは圧力発生室のイ
ンク圧力により対向壁に当接すると、圧力発生室２４の
剛性が半分となり、インク流れの応答性を高くすること
が出来る。また、弾性壁２７の幅に対応して、対向電極
となるセグメント電極３０の幅も広く形成し、低い電圧
で弾性壁２７を対向壁に当接させるように構成した。
広くし、積層するガラス基板２３の凹部２９の幅も圧力
発生室２４の幅に対応して広く形成し、この部分で弾性
壁２７の幅を広く構成した。また、圧力発生室２４をよ
り高密度に配置させるため、隣接する圧力発生室２４で
幅を広くする位置を圧力発生室の長手方向にずらして配
置した。コンプライアンスはおよそ弾性壁の幅の４乗に
反比例する。従って、この幅の広い弾性壁２７は、他の
幅の狭い弾性壁２８部分より剛性が低くなる。本実施例
では、弾性壁２７の幅を弾性壁２８の幅の１．３倍に設
定し、圧力発生室２４のコンプライアンスの５０％を弾
性壁２７部分に持たせてある。この弾性壁２７が、クー
ロン力を用いた弾性壁変形手段あるいは圧力発生室のイ
ンク圧力により対向壁に当接すると、圧力発生室２４の
剛性が半分となり、インク流れの応答性を高くすること
が出来る。また、弾性壁２７の幅に対応して、対向電極
となるセグメント電極３０の幅も広く形成し、低い電圧
で弾性壁２７を対向壁に当接させるように構成した。
【００２７】次に、本発明の第４の実施例のインクジェ
ットヘッドを図８の断面図を用いて説明する。
ットヘッドを図８の断面図を用いて説明する。
【００２８】図８は、圧力発生室４の長手方向に沿った
断面図で、共通インク室６、インク供給路５、圧力発生
室４とつながる流路が流路形成基板４４に形成され、こ
の流路形成基板４４の一方の面をノズルプレート２で塞
ぎ、他方の面を振動板４８で封止し流路を形成してあ
る。ノズルプレート２にはノズル１１が形成されてお
り、圧力発生室４に連通している。圧力発生室４の底壁
となる振動板４８には、細長い圧電素子４０が接続され
て、この圧電素子４０の他方の端部はフレーム４２に固
定されている。この圧電素子４０に電圧を印加すると、
圧電素子４０は固定部を支点にして長さ方向、即ち振動
板４８に垂直に伸縮し、圧力発生室４の容積を拡大・縮
小する。この圧電素子４０による圧力発生手段は、発生
力が大きく、インク滴を高速に吐出させることが出来
る。しかし、インク滴を高速に吐出させると、吐出後の
インク流れの残留振動が大きく、主となるインク滴の後
に不要なインク滴が吐出して、安定したインク滴吐出を
得るためには圧力発生室４に、インクの圧力で変形する
弾性壁を配置し、急激な圧力の立ち上がりを緩和する必
要が有る。しかし、このような弾性壁を設けると、イン
ク滴の吐出速度は低下し、圧電素子４０の駆動力を有効
に活用せず、効率の低いインクジェットヘッドとなって
しまう。本実施例では、圧力発生室４の端部に固定基板
４１と接合しない弾性壁４７を形成した。弾性壁４７と
重なる固定基板４１の部分は、周囲に深く溝を形成し、
振動板４８と固定基板４１を接合する接着剤が弾性壁４
７部へ流入しないようにしてある。周囲に溝を形成した
中央には、島状の凸部４３を固定基板４１の面から僅か
に凹ませて形成し、弾性壁４７に対向する対向壁として
形成した。弾性壁４７は、高い正圧に対しては対向壁に
当接するため大きくたわむことは無く、インク滴を高い
圧力で吐出させるように機能し、負圧にたいしては圧力
に比例してたわみ圧力の急激な変化を緩和するように機
能する。
断面図で、共通インク室６、インク供給路５、圧力発生
室４とつながる流路が流路形成基板４４に形成され、こ
の流路形成基板４４の一方の面をノズルプレート２で塞
ぎ、他方の面を振動板４８で封止し流路を形成してあ
る。ノズルプレート２にはノズル１１が形成されてお
り、圧力発生室４に連通している。圧力発生室４の底壁
となる振動板４８には、細長い圧電素子４０が接続され
て、この圧電素子４０の他方の端部はフレーム４２に固
定されている。この圧電素子４０に電圧を印加すると、
圧電素子４０は固定部を支点にして長さ方向、即ち振動
板４８に垂直に伸縮し、圧力発生室４の容積を拡大・縮
小する。この圧電素子４０による圧力発生手段は、発生
力が大きく、インク滴を高速に吐出させることが出来
る。しかし、インク滴を高速に吐出させると、吐出後の
インク流れの残留振動が大きく、主となるインク滴の後
に不要なインク滴が吐出して、安定したインク滴吐出を
得るためには圧力発生室４に、インクの圧力で変形する
弾性壁を配置し、急激な圧力の立ち上がりを緩和する必
要が有る。しかし、このような弾性壁を設けると、イン
ク滴の吐出速度は低下し、圧電素子４０の駆動力を有効
に活用せず、効率の低いインクジェットヘッドとなって
しまう。本実施例では、圧力発生室４の端部に固定基板
４１と接合しない弾性壁４７を形成した。弾性壁４７と
重なる固定基板４１の部分は、周囲に深く溝を形成し、
振動板４８と固定基板４１を接合する接着剤が弾性壁４
７部へ流入しないようにしてある。周囲に溝を形成した
中央には、島状の凸部４３を固定基板４１の面から僅か
に凹ませて形成し、弾性壁４７に対向する対向壁として
形成した。弾性壁４７は、高い正圧に対しては対向壁に
当接するため大きくたわむことは無く、インク滴を高い
圧力で吐出させるように機能し、負圧にたいしては圧力
に比例してたわみ圧力の急激な変化を緩和するように機
能する。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のインクジェ
ットヘッドによれば、弾性壁がインク滴の吐出時にはイ
ンク滴を高い圧力で吐出させるように機能し、インク滴
の吐出後はインクの振動を緩やかにするように機能する
ため、主インク滴を高速に吐出させながら、主インク滴
の後の不要インク滴の吐出を抑えられ、次の吐出までの
時間間隔を短くすることが可能となる。これにより、応
答性の高い印字品質の優れたインクジェットヘッドを提
供できるという効果を有する。
ットヘッドによれば、弾性壁がインク滴の吐出時にはイ
ンク滴を高い圧力で吐出させるように機能し、インク滴
の吐出後はインクの振動を緩やかにするように機能する
ため、主インク滴を高速に吐出させながら、主インク滴
の後の不要インク滴の吐出を抑えられ、次の吐出までの
時間間隔を短くすることが可能となる。これにより、応
答性の高い印字品質の優れたインクジェットヘッドを提
供できるという効果を有する。
【００３０】また、圧力発生室の剛性、言い換えるとコ
ンプライアンスで定義されるようなインク室の圧力によ
る圧力発生室の容積の変化の程度を、受動的、あるいは
弾性壁変形手段を設けることにより能動的に変化させる
ことが可能となる。圧力発生室のコンプライアンス値が
変化すると、圧力発生室のインク流れの固有振動周期が
変化する。従来のインクジェットヘッドでは、固有周期
が一定であったため、隣接する圧力発生室間で共振した
り、複数の圧力発生室を駆動するとインクジェットヘッ
ド全体の変形が強調され、インク滴吐出が不安定になっ
たり、不必要なインク滴吐出を誘発したりし、印字品質
を低下させていたが、本発明では、インク滴吐出後の振
動が一定とならず、このような圧力発生室間のクロスト
ークを究極的に低減させることが可能となった。
ンプライアンスで定義されるようなインク室の圧力によ
る圧力発生室の容積の変化の程度を、受動的、あるいは
弾性壁変形手段を設けることにより能動的に変化させる
ことが可能となる。圧力発生室のコンプライアンス値が
変化すると、圧力発生室のインク流れの固有振動周期が
変化する。従来のインクジェットヘッドでは、固有周期
が一定であったため、隣接する圧力発生室間で共振した
り、複数の圧力発生室を駆動するとインクジェットヘッ
ド全体の変形が強調され、インク滴吐出が不安定になっ
たり、不必要なインク滴吐出を誘発したりし、印字品質
を低下させていたが、本発明では、インク滴吐出後の振
動が一定とならず、このような圧力発生室間のクロスト
ークを究極的に低減させることが可能となった。
【図１】本発明の特徴をなす実施例のインクジェットヘ
ッドの断面を示した図。
ッドの断面を示した図。
【図２】本発明の特徴をなす実施例のインクジェットヘ
ッドの平面構造を示した図。
ッドの平面構造を示した図。
【図３】本発明の特徴をなす実施例のインクジェットヘ
ッドの圧力発生室の断面を示した図。
ッドの圧力発生室の断面を示した図。
【図４】本発明のインクジェットヘッドの弾性壁の動作
を示した図。
を示した図。
【図５】本発明のインクジェットヘッドの弾性壁の動作
を示した図。
を示した図。
【図６】本発明の特徴をなす実施例のインクジェットヘ
ッドの断面を示した図。
ッドの断面を示した図。
【図７】本発明の特徴をなす実施例のインクジェットヘ
ッドの平面構造を示した図。
ッドの平面構造を示した図。
【図８】本発明の特徴をなす実施例のインクジェットヘ
ッドの断面を示した図。
ッドの断面を示した図。
１ シリコン基板
２ ノズルプレート
３ ガラス基板
４ 圧力発生室
５ インク供給路
６ 共通インク室
７、８ 弾性壁
１０ セグメント電極
１１ ノズル
１３ 電圧印加手段
１５ 絶縁層
４０ 圧電素子
４１ 固定基板
４３ 対向壁
４４ 流路形成基板
４７ 弾性壁
４８ 振動板
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
Claims (4)
- 【請求項１】 インクを吐出するノズルと、前記ノズル
に連通しインクに圧力を加える圧力発生室と、この圧力
発生室にインクを供給するインク供給路とを有し、前記
圧力発生室の少なくとも一方の側面は変形可能な弾性壁
を有し、前記圧力発生室の外側に前記弾性壁と空隙を挟
んで対向して設けた対向壁と前記弾性壁とに対向電極を
形成し、この対向電極に駆動電圧を印加することにより
前記弾性壁を変形させ、前記ノズルよりインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドであって、前記弾性壁に前
記弾性壁の他の部分と比較して剛性が低い部分を設け、
この剛性が低い部分が前記駆動電圧により前記対向壁に
当接するように構成したことを特徴とするインクジェッ
トヘッド。 - 【請求項２】 前記弾性壁の前記弾性壁の他の部分と比
較して剛性が低い部分は、弾性壁の厚さを前記弾性壁の
他の部分と比較して薄くして構成したことを特徴とす
る、請求項１記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項３】 前記弾性壁の前記弾性壁の他の部分と比
較して剛性が低い部分は、弾性壁の幅を前記弾性壁の他
の部分と比較して広くして構成したことを特徴とする、
請求項１記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項４】 前記弾性壁の前記弾性壁の他の部分と比
較して剛性が低い部分は、弾性壁の幅と対向電極の幅を
前記弾性壁の他の部分と比較して広くして構成したこと
を特徴とする、請求項１記載のインクジェットヘッド。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9570895A JP3384186B2 (ja) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | インクジェットヘッド |
| US08/633,616 US6234607B1 (en) | 1995-04-20 | 1996-04-17 | Ink jet head and control method for reduced residual vibration |
| US08/635,113 US5894316A (en) | 1995-04-20 | 1996-04-19 | Ink jet head with diaphragm having varying compliance or stepped opposing wall |
| EP99106262A EP0933213B1 (en) | 1995-04-20 | 1996-04-19 | An ink jet printing apparatus and a method of controlling it |
| DE69607053T DE69607053T2 (de) | 1995-04-20 | 1996-04-19 | Tintenstrahlkopf, Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung und Steuerverfahren |
| DE69622595T DE69622595T2 (de) | 1995-04-20 | 1996-04-19 | Tintenstrahldruckvorrichtung und Verfahren zur Steuerung derselben |
| DE69607054T DE69607054T2 (de) | 1995-04-20 | 1996-04-19 | Tintenstrahlkopf, den Tintenstrahlkopf anwendendes Druckgerät und dessen Steuerverfahren |
| EP96106219A EP0738600B1 (en) | 1995-04-20 | 1996-04-19 | An ink jet head, ink jet recording apparatus, and a control method therefor |
| EP96106220A EP0738601B1 (en) | 1995-04-20 | 1996-04-19 | An ink jet head, a printing apparatus using the ink jet head, and a method of controlling it |
| US09/199,035 US6000785A (en) | 1995-04-20 | 1998-11-24 | Ink jet head, a printing apparatus using the ink jet head, and a control method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9570895A JP3384186B2 (ja) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | インクジェットヘッド |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002321503A Division JP3419410B2 (ja) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08290567A JPH08290567A (ja) | 1996-11-05 |
| JP3384186B2 true JP3384186B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=14145010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9570895A Expired - Fee Related JP3384186B2 (ja) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | インクジェットヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3384186B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9808182D0 (en) * | 1998-04-17 | 1998-06-17 | The Technology Partnership Plc | Liquid projection apparatus |
| KR100373749B1 (ko) | 1998-11-16 | 2003-04-23 | 삼성전자주식회사 | 정전력을이용한유체분사장치 |
| DE69916033T2 (de) | 1998-12-08 | 2004-11-11 | Seiko Epson Corp. | Tintenstrahldruckkopf, tintenstrahldrucker und verfahren zu seiner ansteuerung |
| US6491378B2 (en) | 1998-12-08 | 2002-12-10 | Seiko Epson Corporation | Ink jet head, ink jet printer, and its driving method |
| KR100561370B1 (ko) * | 1999-11-04 | 2006-03-16 | 삼성전자주식회사 | 잉크분사장치의 제조방법 |
| KR100561358B1 (ko) * | 1999-11-04 | 2006-03-16 | 삼성전자주식회사 | 열압축방식의 유체분사장치 |
| JP4660993B2 (ja) * | 2001-07-25 | 2011-03-30 | セイコーエプソン株式会社 | インクジェットヘッド |
-
1995
- 1995-04-20 JP JP9570895A patent/JP3384186B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08290567A (ja) | 1996-11-05 |
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