JP4016478B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14314Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電アクチュエータ方式のインクジェットヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、静電アクチュエータ方式のインクジェットヘッドとして、例えば特開平6−340069号公報又は特開平7−246706号公報に図6に示すインクジェットヘッド100が開示されている。このインクジェットヘッド100は、カバープレート12、チャンネルプレート14及び基板16を一体接合して構成されている。
【0003】
上記チャンネルプレート14はシリコンプレートからなり、異方性エッチングにより複数の溝部が形成されている。これら溝部が上記カバープレート12によって覆われることによりそれぞれ、インクを収容するインクチャンネル18、インクチャンネル18内のインクを液滴として吐出するノズル22、インクチャンネル18に補給されるインクを収容する共通インク室26、及びインクチャンネル18と共通インク室26とを連通させるインレット30になっている。
【0004】
インクチャンネル18の底部は振動板19となっており、この振動板19のインクチャンネル18とは反対側の表面に共通電極34が形成されている。一方、基板16のインクチャンネル18に対応する位置には凹部36が形成され、この凹部36の底面には駆動電極38が上記共通電極34に対向して形成されている。
【0005】
上記構成のインクジェットヘッド100では、共通電極34と駆動電極38とに異なる極性の電圧をそれぞれ印加すると、静電吸引力により両電極34、38が引き合うために振動板19が駆動電極38側に撓み変形する。この変形によってインクチャンネル18内の容積が増加し、それに伴ってインレット30を介して共通インク室26からインクチャンネル18にインクが引き込まれる。そして、各電極34、38への電圧印加が解除されると、振動板19はそれ自体の弾性により変形前の状態に復帰する。このとき、インクチャンネル18内のインクが加圧され、ノズル22からインク滴46が吐出されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記インクジェットヘッド100では、振動板19が変形するときに、上記凹部36に密封された空気が圧縮され、その圧縮される空気が抵抗となって振動板19の変形を阻害するという問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記問題を解決するため、本発明の第1態様は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に設けられた振動板電極とを有する第1の基板と、上記振動板電極に対向して設けられた対向電極を有する第2の基板とを接合してなり、上記振動板電極と上記対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力により変形させ、この変形によって上記ノズルからインク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェットヘッドにおいて、上記振動板の変形時に上記振動板と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を設け、上記インク流路の対応位置から上記空気室の対応位置を通って駆動回路に接続される上記対向電極の幅を上記インク流路対応位置よりも上記空気室対応位置で広く形成してあることを特徴とする。
本発明の第1態様のインクジェットヘッドにおいて、上記空気室は、上記第1の基板に設けた凹部によってのみ形成されていてもよい。
本発明の第2態様は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に設けられた振動板電極とを有する第1の基板と、上記振動板電極に対向して設けられた対向電極を有する第2の基板とを接合してなり、上記振動板電極と上記対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力により変形させ、この変形によって上記ノズルからインク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェットヘッドにおいて、上記振動板の変形時に上記振動板と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を上記第1及び第2の基板の少なくとも一方に設け、上記空気室は複数の前記インク流路に関して連通する密閉された共通空気室であることを特徴とする。
本発明の第2態様のインクジェットヘッドにおいて、上記共通空気室は、複数の支柱によって補強されていてもよい。
【0008】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、振動板の変形時に上記振動板電極と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を設けてあるため、この空気室の容積を上記各電極間の隙間に比べて十分に大きくすることによって、振動板の変形時の空気の圧縮による抵抗力を振動板の変形に影響を及ぼさない程度に小さくすることができる。その結果、振動板は空気圧縮による抵抗を受けることなく十分に変形できるのでインク吐出効率を上げることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は第1の実施形態のインクジェットヘッド10の平面図、図2は図1におけるA−A線断面図である。このインクジェットヘッド10は、カバープレート12、チャンネルプレート14及び基板16を積層して陽極接合により一体接合されている。
【0010】
カバープレート12は例えばガラスプレートからなり、チャンネルプレート14の上部を覆っている。チャンネルプレート14は例えばシリコンプレートからなり、その上面には異方性エッチングにより複数の溝が形成されている。具体的には、インクチャンネル(インク流路)18となる複数の長溝20が互いに平行に配列形成されている。また、チャンネルプレート14の縁部には、ノズル22となる複数の細溝24が上記各長溝20にそれぞれ連通して形成されている。さらに、チャンネルプレート14の上記細溝24の反対側には、共通インク室26となる横溝28が上記複数の長溝20の配列方向に沿って延設されている。そして、インクチャンネル18となる各長溝20と共通インク室26となる横溝28とは、インレット30となる複数の細溝32によってそれぞれ連通している。これらの溝部20、24、28、32がカバープレート12によって覆われることにより、インクチャンネル18、ノズル22、共通インク室26及びインレット30がそれぞれ形成されている。
【0011】
ノズル22はインクチャンネル18に連通し、インクチャンネル18内のインクを吐出するようになっている。また、インクチャンネル18と共通インク室26とはインレット30を介して連通しており、共通インク室26から各インクチャンネル18にインクが供給されて収容されるようになっている。さらに、共通インク室26はインク供給路29を介して図示しないインクタンクに接続され、そこからインクが供給されるようになっている。
【0012】
インクチャンネル18の底部は振動板19になっている。振動板19の基板対向面には、金属材料をスパッタリングすることにより共通電極(振動板電極)34が形成されている。共通電極34はすべてのインクチャンネル18にわたってチャンネルプレートの下面のほぼ全体に形成されている。
【0013】
例えばガラス等からなる基板16の内部には、複数の駆動電極(対向電極)38が各インクチャンネル18にそれぞれ対応して形成されている。駆動電極38はそれぞれ平行に延びる帯状をなし、例えばガラス層からなる絶縁層37を介して共通電極34と対向している。絶縁層37のインクチャンネル18に対応する位置には、複数の浅い凹部36がパターンエッチングによりそれぞれ形成されている。この凹部36の底部は、駆動電極38を覆う絶縁層37の一部であり、後述するように振動板19が変形したときに駆動電極38と共通電極34間で電気的短絡が起こらないようにするための保護層となっている。そして、共通電極34と駆動電極38とは、ヘッド後端側から駆動回路40にそれぞれ電気的に接続されている。
【0014】
基板16にはまた、上記凹部36につながった凹部42が異方性エッチングにより各インクチャンネル18にそれぞれ対応して複数形成されている。これら凹部42はチャンネルプレート14によって覆われることにより、各凹部42の内部がそれぞれ空気室44となっている。この空気室44は、上記凹部36内部の容積に比べて十分に大きな容積をもっている。
【0015】
続いて、上記構成からなるインクジェットヘッド10のインク吐出動作について説明する。
図示しないインクタンクからインク供給路29を介して共通インク室26に供給されたインクは、対応するインレット30を介して各インクチャンネル18にそれぞれ収容されている。この状態で、駆動回路40から駆動電極38にパルス電圧が印加されると、上記パルス電圧とは異なる極性の電圧が印加された共通電極34が静電気力によって引き付けられて振動板19が変形する。このとき、凹部36内の空気は、振動板19の変形により押されて空気室44へ逃げる。凹部36からの空気の流入によって空気室44内部では空気の圧縮が多少は起こるが、空気室44の容積は凹部36の容積に比べて十分に大きく形成してあるため、空気室44での空気の圧縮が抵抗となって振動板19の変形が阻害されることはない。
【0016】
振動板19の変形によってインクチャンネル18の容積が増加し、それに伴ってインレット30を介して共通インク室26からインクチャンネル18にインクが引き込まれる。そして、駆動電極38への電圧印加が瞬時に解除されると、振動板19はそれ自体の弾性による復元力によって変形前の状態に復帰する。このとき、インクチャンネル18の容積が急激に減少して内部のインクが加圧され、ノズル22からインク滴が吐出される。このインク滴が図示しない用紙等の記録媒体に付着してドットを形成し、このドットの集合により画像が記録される。
【0017】
このように、本実施形態のインクジェットヘッド10では、振動板19の変形時に共通電極34と駆動電極38との間にある空気が逃げるための空気室44を設けてあるため、この空気室44の容積を上記各電極34、38間の凹部36の容積に比べて十分に大きくすることによって、振動板19の変形時の空気の圧縮による抵抗力を振動板19の変形に影響を及ぼさない程度に小さくすることができる。その結果、振動板19は空気圧縮による抵抗を受けることなく十分に変形できるのでインク吐出効率を上げることができる。
【0018】
なお、本実施形態では、空気室44を各凹部36に対応するようにそれぞれ独立した状態で複数形成したが、複数の凹部36に連通する1つの共通空気室として形成してもよい。また、図3に示すように、凹部42をヘッド前方(図3の左側)に向かって開口するように形成し、その開口部をプレート48でふさぐことにより凹部42内部を空気室44としてもよい。
【0019】
次に、図4を参照して第2の実施形態のインクジェットヘッド50について説明する。このインクジェットヘッド50の平面図は、図1とほぼ同様である。また。上記インクジェットヘッド10と同じ構成については同一符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
【0020】
インクジェットヘッド50は、カバープレート12が上記インクジェットヘッド10よりも厚く形成され、共通インク室26となる横溝28がカバープレート12に形成されている。また、チャンネルプレート14の基板対向面には、各インクチャンネル18に対応する複数の浅い凹部36が形成され、この凹部36の底部が振動板19となっている。チャンネルプレート14にはまた、凹部36に連通する空気室44となる凹部42が形成されている。共通電極34は、凹部36及び空気室44となる凹部42の各底面に沿って形成されている。なお、空気室44をすべての凹部36に連通する共通空気室44とする場合には、共通インク室44となる凹部42をエッチングで形成するときに複数の支柱52を残すようにしてこの凹部42を補強するようにしてもよい。
【0021】
このように、本実施形態のインクジェットヘッド50は、共通インク室26をカバープレート12に設けるとともに、凹部36及び空気室44となる凹部42をチャンネルプレート14に設けた点以外は、上記インクジェットヘッド10と同様である。したがって、インク吐出動作もまた上記インクジェットヘッド10と同様であり、その説明を省略する。
【0022】
本実施形態のインクジェットヘッド50によれば、第1の実施形態のインクジェットヘッド10と同様の作用効果を奏することができる。それに加えて、空気室44をチャンネルプレート14に設けて共通電極34を空気室44となる凹部42の底面に形成したことにより、空気室44では凹部36に比べて共通電極34と駆動電極38との間隔が非常に大きくなっている。そのため、空気室44での共通電極34と駆動電極38間の静電容量が凹部36での共通電極34と駆動電極38間の静電容量よりも格段に小さくなる。これにより、図5に示すように、空気室44に対応する位置での駆動電極38の部分38bの幅を、凹部36に対応する位置での駆動電極38の部分38aの幅よりも大きく形成することができる。その結果、駆動電極38の部分38bの抵抗値が小さくなり、発熱量を抑えることができるとともに、空気室44における静電容量が小さくなることにより充放電が速く行われるので駆動周波数を上げることができ、印字速度を速くすることができる。
【0023】
なお、上述した本発明の各実施形態では、振動板19側に共通電極を設けたが、振動板19側に駆動電極を設けて基板16側に共通電極を設けてもよい。
また、上記各実施形態では振動板19にスパッタリングにより金属薄膜からなる電極を設けたが、振動板を含むチャンネルプレートの下部層にボロンドーピングを施すことにより導電性を付与して振動板及びチャンネルプレート自体を共通電極又は駆動電極として使用する場合にも本発明は適用可能である。
さらに、空気室44は、上記第1と第2の実施形態を組み合わせた場合のように基板16とチャンネルプレート14の両方に設けてもよし、または、第1と第2の基板にまたがって空気室が形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態のインクジェットヘッドの平面図。
【図2】 図1におけるA−A線断面図。
【図3】 第1実施形態の変形例を示す部分断面図。
【図4】 第2実施形態のインクジェットヘッドの部分断面図。
【図5】 第2実施形態のインクジェットヘッドの基板の部分平面図。
【図6】 従来のインクジェットヘッドの一例を示す部分断面図。
【符号の説明】
14…チャンネルプレート(第1の基板)、16…基板(第2の基板)、18…インクチャンネル(インク流路)、19…振動板、22…ノズル、34…共通電極(振動板電極)、38…駆動電極(対向電極)、44…空気室。

Claims (4)

  1. ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に設けられた振動板電極とを有する第1の基板と、上記振動板電極に対向して設けられた対向電極を有する第2の基板とを接合してなり、上記振動板電極と上記対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力により変形させ、この変形によって上記ノズルからインク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェットヘッドにおいて、
    上記振動板の変形時に上記振動板と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を設け、上記インク流路の対応位置から上記空気室の対応位置を通って駆動回路に接続される上記対向電極の幅を上記インク流路対応位置よりも上記空気室対応位置で広く形成してあることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 上記空気室は、上記第1の基板に設けた凹部によってのみ形成されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
  3. ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に設けられた振動板電極とを有する第1の基板と、上記振動板電極に対向して設けられた対向電極を有する第2の基板とを接合してなり、上記振動板電極と上記対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力により変形させ、この変形によって上記ノズルからインク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェットヘッドにおいて、
    上記振動板の変形時に上記振動板と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を上記第1及び第2の基板の少なくとも一方に設け、上記空気室は複数の前記インク流路に関して連通する密閉された共通空気室であることを特徴とするインクジェットヘッド。
  4. 上記共通空気室は、複数の支柱によって補強されていることを特徴とする請求項3に記載のインクジェットヘッド。
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