JP3666198B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は安定な高速出射が可能なインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドロップ・オン・デマンド型のインクジェット方式の印字装置の１つとして、特開昭６３−２５２７５０号、特開平６−２３４２１２〜２３４２１６号等に記載の剪断モード型のものが、小型化や高速化に有利であるとして知られている。
【０００３】
図１は従来の剪断モード型インクジェットヘッドの構成を示す斜視図である。図において、１は圧電性セラミック基板、２はノズルプレート、３はノズル、４はインク流路、５は側壁、６はカバープレート、７はインク供給部（以下、マニホールドと言う。）、８はインク導入口である。
【０００４】
圧電性セラミック基板１にはダイヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝（インク流路）４が全て同じ形状で平行に形成され、溝４の側面となる側壁５は矢印の方向に分局されている。溝４の深さは圧電性セラミック基板の一方の端面１２に近づくにつれて徐々に浅くなって、端面１２近傍では浅溝１０とされている。溝４の内面には、その両側面の上半分に金属電極９がスパッタリング等によって形成されている。又、浅溝１０の内面には、その側面及び底面に金属電極１１がスパッタリング等によって形成されており、金属電極９と金属電極１１は連通している。
【０００５】
カバープレート６は、セラミック材料又は樹脂材料等から形成され、研削又は切削加工等によって、インク導入口８及びマニホールド７が形成されている。そして、圧電性セラミック基板１の溝４が加工された面とカバープレート６のマニホールド７が加工された面とがエポキシ系接着剤１６等を用いて接着され（図２参照）、溝４の上面がカバープレート６で覆われてインク流路となる。
【０００６】
圧電性セラミック基板１及びカバープレート６の端面に、各インク流路４の位置に対応する位置にノズル３が設けられたノズルプレート２が接着される。ノズルプレートはＰＥＴ等のポリアルキレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、酢酸セルロース等のプラスチックによって形成されている。
【０００７】
圧電性セラミック基板１の溝４の加工側と反対側の面には、各インク流路４の位置に対応する位置に導電層のパターン１４が形成された基板１３がエポキシ系接着剤等によって接着されており、導電層のパターン１４と浅溝１０の金属電極１１とはワイヤボンディングの導線１５で接続されている。
【０００８】
図２はインク出射の動作原理を説明する図である。図のインク流路４からインクを出射するにあたり、金属電極９ａと９ｂに正の駆動電圧が印加され、金属電圧９ｃと９ｄが接地される。図２（ｂ）に示す様に、それぞれの側壁５には矢印の方向の駆動電界が発生する。この駆動電界の方向は圧電性セラミック基板の分局方向と直交しているため、各側壁５は圧電厚みすべり効果により、この場合、インク流路４の内部方向に急激に変形する。この変形によってインク流路４の容積が減少してインク圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク流路４に連通するノズル３からインク滴が噴射される。
【０００９】
駆動電圧の印加が停止されると、各側壁５が変形前の位置（図２（ａ））に徐々に戻るため、インク流路４内のインク圧力が徐々に低下する。そして、図示しないインク供給源（タンク）からインク導入口８及びマニホールド７を通してインク流路４にインクが供給される（図３）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の剪断モード型インクジェットヘッドを用いて、更なる高速でのインク出射を意図すると、前記圧力波の振動が減衰してインク液がノズルで形成するメニスカスが安定するまでの待ち時間が律速となる。即ち、インク流路の急激な容積減少によって発生する負の圧力波は、本来流路の溝の深さが徐々に浅くなり始める点で反射してその振幅が規制される筈であるにも拘わらず、実際には振動が理論以上にダイナミックで、減衰するまでに時間を要し、メニスカスの安定を待たずに連続出射すると、インク滴の大きさがばらついたり、空気を巻き込んで出射トラブルを生じたりの問題が発生する。従って、印字速度をより高速にすることには限界がある。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定な高速出射が可能なインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、
インク供給源からインクを導入し、複数のインク流路にインクを分配充填するインク導入口を有し、実質的に液溜まりを介することなくインク導入口からインク流路へインクを供給するインクジェットヘッド、前記インク流路が圧電性セラミックに溝として設けられ、インク導入口に連通する側がインク噴射側よりも浅く形成されていること、前記溝がインク噴射側から順に、深さが略一定の部分、深さが徐々に浅くなる部分及び浅い部分からなり、インク導入口が浅い部分の溝に連通していること、前記溝が圧力波の振動を規制する部分を有すること、
によって達成される。
【００１３】
即ち本発明者は、各インク流路に渡るマニホールドが大容積でインクを保持するため、負の圧力波の振動のかなりの部分がインク流路を経てマニホールドまで伝達され、幾種類かの振幅を有する振動が合成されたかたちでメニスカスを振動させるために、その安定に要する時間が長期化すると考え、インク流路内で確実に振幅を規制するために、浅い部分の溝を設けて実質的にマニホールドを経ずにインクを供給して本発明に至った。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げて本発明を説明するが、本発明の態様はこれに限定されない。
【００１５】
図４は本発明のインクジェットヘッドに係るインク流路とインク供給部の形態の１例を示す側断面図である。図においては、圧電性セラミック基板１に形成された、深さが略一定の部分４１、深さが徐々に浅くなる部分４２及び浅い部分４３を有する溝と、カバープレート６によって形成されたインク流路４の、浅い部分４３に複数のインク流路に渡るインク導入口８が連通している。インク導入口８は、浅溝部分に連通していれば負の圧力波の伝達が無視できるので、その流路の幅が一定でも、図の様に変化してもよい。
【００１６】
又、カバープレート６の、インク流路が徐々に浅くなる部分に対応する位置近傍で、カバープレートのインク接触面の材質や表面物性を変える、カバープレートを切り欠いて浮き部分を設ける等して、圧力波の振動を規制することは好ましい態様である。
【００１７】
図５にインク流路とインク供給部の形態の他の例を示す。この例ではインク流路はインク出射側から浅溝に至るまで徐々に浅くなり、インク導入口は該徐々に浅くなるインク流路の浅溝近傍に設けられる。
【００１８】
【実施例】
インク導入口の径が２．０ｍｍで、深さ２．０ｍｍ、インク流路への開口部の長さ１４ｍｍのマニホールドを有し、深さ略一定部分のインク流路が深さ４２０μｍ、幅１０５μｍ、長さ７．０ｍｍであり、６４個のノズルを有する従来のインクジェットヘッドと、全インク流路に渡るインク導入口を有し、インク流路については同様の図４に示すタイプのインクジェットヘッドを用い、下記組成のインクを、体積５０ｐｌのインク滴として駆動電圧２０Ｖ、周波数６ｋＨｚでインクジェット用ゼラチンコート紙に出射して下記の評価を行い印字品位の比較をした。尚、ヘッド又は紙を５００ｍｍ／秒で移動させて印字し、ドットの形状、位置をＣＣＤ撮像装置で観察して着弾精度、サテライトの有無及びドットの評価をした。
【００１９】
【００２０】
【発明の効果】
実施例にて実証した如く、本発明によればインクジェット方式の高速印字を安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の剪断モード型インクジェットヘッドの構成を示す斜視図。
【図２】剪断モード型インクジェットヘッドのインク出射の動作原理を説明する図。
【図３】従来の剪断モード型インクジェットヘッドへのインクの供給を示す図。
【図４】本発明のインクジェットヘッドに係るインク流路とインク供給部の形態の１例を示す側断面図。
【図５】インク流路とインク供給部の形態の他の例を示す側断面図。
【符号の説明】
１ 圧電性セラミック基板
２ ノズルプレート
３ ノズル
４ インク流路
５ 側壁
６ カバープレート
７ インク供給部（マニホールド）
８ インク導入口
９，１１ 金属電極
１０ 浅溝
１４ 導電層のパターン
１５ 導線
１６ 接着剤等
【発明の属する技術分野】
本発明は安定な高速出射が可能なインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドロップ・オン・デマンド型のインクジェット方式の印字装置の１つとして、特開昭６３−２５２７５０号、特開平６−２３４２１２〜２３４２１６号等に記載の剪断モード型のものが、小型化や高速化に有利であるとして知られている。
【０００３】
図１は従来の剪断モード型インクジェットヘッドの構成を示す斜視図である。図において、１は圧電性セラミック基板、２はノズルプレート、３はノズル、４はインク流路、５は側壁、６はカバープレート、７はインク供給部（以下、マニホールドと言う。）、８はインク導入口である。
【０００４】
圧電性セラミック基板１にはダイヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝（インク流路）４が全て同じ形状で平行に形成され、溝４の側面となる側壁５は矢印の方向に分局されている。溝４の深さは圧電性セラミック基板の一方の端面１２に近づくにつれて徐々に浅くなって、端面１２近傍では浅溝１０とされている。溝４の内面には、その両側面の上半分に金属電極９がスパッタリング等によって形成されている。又、浅溝１０の内面には、その側面及び底面に金属電極１１がスパッタリング等によって形成されており、金属電極９と金属電極１１は連通している。
【０００５】
カバープレート６は、セラミック材料又は樹脂材料等から形成され、研削又は切削加工等によって、インク導入口８及びマニホールド７が形成されている。そして、圧電性セラミック基板１の溝４が加工された面とカバープレート６のマニホールド７が加工された面とがエポキシ系接着剤１６等を用いて接着され（図２参照）、溝４の上面がカバープレート６で覆われてインク流路となる。
【０００６】
圧電性セラミック基板１及びカバープレート６の端面に、各インク流路４の位置に対応する位置にノズル３が設けられたノズルプレート２が接着される。ノズルプレートはＰＥＴ等のポリアルキレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、酢酸セルロース等のプラスチックによって形成されている。
【０００７】
圧電性セラミック基板１の溝４の加工側と反対側の面には、各インク流路４の位置に対応する位置に導電層のパターン１４が形成された基板１３がエポキシ系接着剤等によって接着されており、導電層のパターン１４と浅溝１０の金属電極１１とはワイヤボンディングの導線１５で接続されている。
【０００８】
図２はインク出射の動作原理を説明する図である。図のインク流路４からインクを出射するにあたり、金属電極９ａと９ｂに正の駆動電圧が印加され、金属電圧９ｃと９ｄが接地される。図２（ｂ）に示す様に、それぞれの側壁５には矢印の方向の駆動電界が発生する。この駆動電界の方向は圧電性セラミック基板の分局方向と直交しているため、各側壁５は圧電厚みすべり効果により、この場合、インク流路４の内部方向に急激に変形する。この変形によってインク流路４の容積が減少してインク圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク流路４に連通するノズル３からインク滴が噴射される。
【０００９】
駆動電圧の印加が停止されると、各側壁５が変形前の位置（図２（ａ））に徐々に戻るため、インク流路４内のインク圧力が徐々に低下する。そして、図示しないインク供給源（タンク）からインク導入口８及びマニホールド７を通してインク流路４にインクが供給される（図３）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の剪断モード型インクジェットヘッドを用いて、更なる高速でのインク出射を意図すると、前記圧力波の振動が減衰してインク液がノズルで形成するメニスカスが安定するまでの待ち時間が律速となる。即ち、インク流路の急激な容積減少によって発生する負の圧力波は、本来流路の溝の深さが徐々に浅くなり始める点で反射してその振幅が規制される筈であるにも拘わらず、実際には振動が理論以上にダイナミックで、減衰するまでに時間を要し、メニスカスの安定を待たずに連続出射すると、インク滴の大きさがばらついたり、空気を巻き込んで出射トラブルを生じたりの問題が発生する。従って、印字速度をより高速にすることには限界がある。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定な高速出射が可能なインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、
インク供給源からインクを導入し、複数のインク流路にインクを分配充填するインク導入口を有し、実質的に液溜まりを介することなくインク導入口からインク流路へインクを供給するインクジェットヘッド、前記インク流路が圧電性セラミックに溝として設けられ、インク導入口に連通する側がインク噴射側よりも浅く形成されていること、前記溝がインク噴射側から順に、深さが略一定の部分、深さが徐々に浅くなる部分及び浅い部分からなり、インク導入口が浅い部分の溝に連通していること、前記溝が圧力波の振動を規制する部分を有すること、
によって達成される。
【００１３】
即ち本発明者は、各インク流路に渡るマニホールドが大容積でインクを保持するため、負の圧力波の振動のかなりの部分がインク流路を経てマニホールドまで伝達され、幾種類かの振幅を有する振動が合成されたかたちでメニスカスを振動させるために、その安定に要する時間が長期化すると考え、インク流路内で確実に振幅を規制するために、浅い部分の溝を設けて実質的にマニホールドを経ずにインクを供給して本発明に至った。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げて本発明を説明するが、本発明の態様はこれに限定されない。
【００１５】
図４は本発明のインクジェットヘッドに係るインク流路とインク供給部の形態の１例を示す側断面図である。図においては、圧電性セラミック基板１に形成された、深さが略一定の部分４１、深さが徐々に浅くなる部分４２及び浅い部分４３を有する溝と、カバープレート６によって形成されたインク流路４の、浅い部分４３に複数のインク流路に渡るインク導入口８が連通している。インク導入口８は、浅溝部分に連通していれば負の圧力波の伝達が無視できるので、その流路の幅が一定でも、図の様に変化してもよい。
【００１６】
又、カバープレート６の、インク流路が徐々に浅くなる部分に対応する位置近傍で、カバープレートのインク接触面の材質や表面物性を変える、カバープレートを切り欠いて浮き部分を設ける等して、圧力波の振動を規制することは好ましい態様である。
【００１７】
図５にインク流路とインク供給部の形態の他の例を示す。この例ではインク流路はインク出射側から浅溝に至るまで徐々に浅くなり、インク導入口は該徐々に浅くなるインク流路の浅溝近傍に設けられる。
【００１８】
【実施例】
インク導入口の径が２．０ｍｍで、深さ２．０ｍｍ、インク流路への開口部の長さ１４ｍｍのマニホールドを有し、深さ略一定部分のインク流路が深さ４２０μｍ、幅１０５μｍ、長さ７．０ｍｍであり、６４個のノズルを有する従来のインクジェットヘッドと、全インク流路に渡るインク導入口を有し、インク流路については同様の図４に示すタイプのインクジェットヘッドを用い、下記組成のインクを、体積５０ｐｌのインク滴として駆動電圧２０Ｖ、周波数６ｋＨｚでインクジェット用ゼラチンコート紙に出射して下記の評価を行い印字品位の比較をした。尚、ヘッド又は紙を５００ｍｍ／秒で移動させて印字し、ドットの形状、位置をＣＣＤ撮像装置で観察して着弾精度、サテライトの有無及びドットの評価をした。
【００１９】
【発明の効果】
実施例にて実証した如く、本発明によればインクジェット方式の高速印字を安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の剪断モード型インクジェットヘッドの構成を示す斜視図。
【図２】剪断モード型インクジェットヘッドのインク出射の動作原理を説明する図。
【図３】従来の剪断モード型インクジェットヘッドへのインクの供給を示す図。
【図４】本発明のインクジェットヘッドに係るインク流路とインク供給部の形態の１例を示す側断面図。
【図５】インク流路とインク供給部の形態の他の例を示す側断面図。
【符号の説明】
１ 圧電性セラミック基板
２ ノズルプレート
３ ノズル
４ インク流路
５ 側壁
６ カバープレート
７ インク供給部（マニホールド）
８ インク導入口
９，１１ 金属電極
１０ 浅溝
１４ 導電層のパターン
１５ 導線
１６ 接着剤等
Claims (3)
- インク供給源からインクを導入し、複数のインク流路にインクを分配充填するインク導入口を有し、前記インク流路が圧電性セラミックに溝として設けられ、前記溝がインク噴射側から順に、深さが略一定の部分、深さが徐々に浅くなる部分及び浅い部分からなり、インク導入口が浅い部分の溝に連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
- インク供給源からインクを導入し、複数のインク流路にインクを分配充填するインク導入口を有し溝がインク噴射側から浅溝に至るまで徐々に浅くなり、インク導入口は該徐々に浅くなるインク流路の浅溝近傍に設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
- 前記溝が圧力波の振動を規制する部分を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22941497A JP3666198B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | インクジェットヘッド |
| EP98115839A EP0903233A1 (en) | 1997-08-26 | 1998-08-21 | Ink jet head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22941497A JP3666198B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1158726A JPH1158726A (ja) | 1999-03-02 |
| JP3666198B2 true JP3666198B2 (ja) | 2005-06-29 |
Family
ID=16891860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22941497A Expired - Fee Related JP3666198B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | インクジェットヘッド |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0903233A1 (ja) |
| JP (1) | JP3666198B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (10)
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|---|---|---|---|---|
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| US4887100A (en) | 1987-01-10 | 1989-12-12 | Am International, Inc. | Droplet deposition apparatus |
| US5157420A (en) * | 1989-08-17 | 1992-10-20 | Takahiro Naka | Ink jet recording head having reduced manufacturing steps |
| DE69011694T2 (de) * | 1990-12-06 | 1995-01-26 | Markpoint Dev Ab | Anordnung zur gesteuerten tintentropfenerzeugung. |
| JPH06234215A (ja) | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Brother Ind Ltd | インク噴射装置 |
| JPH06234216A (ja) | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Brother Ind Ltd | インク噴射装置 |
| JPH06234214A (ja) | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Brother Ind Ltd | インク噴射装置 |
| JPH06234212A (ja) | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Brother Ind Ltd | インク噴射装置 |
| JPH06234213A (ja) | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Brother Ind Ltd | インク噴射装置 |
| DE69506306T2 (de) * | 1994-04-20 | 1999-06-10 | Seiko Epson Corp., Tokio/Tokyo | Tintenstrahlaufzeichungsgerät und Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes |
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1997
- 1997-08-26 JP JP22941497A patent/JP3666198B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1998
- 1998-08-21 EP EP98115839A patent/EP0903233A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0903233A1 (en) | 1999-03-24 |
| JPH1158726A (ja) | 1999-03-02 |
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