JP4061953B2 - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク液滴を記録媒体上に吐出して印刷を行うインクジェットヘッド、及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、特開平10−119270号公報には、圧電式の圧力発生手段を備えたインクジェットヘッドが開示されている。
【0003】
このインクジェットヘッドは、2枚の金属板を接着層を介して貼合わせた母材にインク供給口をプレス加工によって形成したインク供給口形成基板と、共通インク室を形成したリザーバ形成基板と、インクノズルを形成したノズル基板とを接着剤層を介して積層した流路ユニットと、圧電振動板および個別インク室を備えたアクチュエータユニットとを熱溶着フィルムを介して接合して構成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成されたインクジェットヘッドは、インクジェット式記録ヘッドに適したインク供給口の製造方法が開示されている。
【0005】
しかし、その構造上、供給口の断面積が一定となるように設計されていることから、吐出効率をさらに向上した小型の流路を設計するには限界があり、インクジェットヘッドを小型化できないという課題がある。
【0006】
本発明は、この点に鑑みて、個別インク室と共通インク室を連通しているインク供給口部の構造を工夫することにより、応答速度が速く、吐出効率が高く、しかも印字品質の良い小型のインクジェットヘッドを実現することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
共通インク室と、個別インク室と、この個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記個別インク室にインクを供給するための単一流路部分と複数の分流路部分とを備えたインク供給口部を有し、前記個別インク室の容積変動により前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記インク供給口部の複数の分流路部分は、前記共通インク室から個別インク室に向かって、断面積が漸次減少していることを特徴としている。
【0008】
上記構成により、インクジェットヘッドのノズルからインク液滴を吐出する際には、共通インク室へのインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後には共通インク室から個別インク室へのインク供給を速やかに行えるようになり、インクの吐出効率に優れた、小型のインクジェットヘッドを実現することが可能となる。
【0009】
また、インク供給口部は第一の基板にICPプラズマエッチングによる異方性エッチングによって溝加工された後、個別インク室を加工した第二の基板と接合して形成することを特徴としている。上記構成により、精度及び加工効率を向上させることが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【0011】
図1は本例のインクジェットヘッドの断面図である。本例のインクジェットヘッドは3枚のノズル基板1、キャビティ基板2、電極基板3を順に積層した3層構造をしている。
【0012】
中間のキャビティ基板2は、例えばシリコン基板であり、その表面に一端から平行に等しい間隔で形成された複数本の、底壁が薄肉で、面外方向(図において上下方向)に弾性変位可能な振動板4として機能する個別インク室5と、1つの共通インク室6とがエッチングによって形成されている。また、キャビティ基板2の上面には共通電極7が形成されている。
【0013】
キャビティ基板2の上側に接合されるノズル基板1は、キャビティ基板2と同様に例えばシリコン基板であり、個別インク室5の上面部分には各個別インク室に対応してノズル孔8が個別インク室5の先端部付近に形成されており、各ノズル孔8は対応する個別インク室5に連通している。また、個別インク室5と共通インク室6の中間部分の上面には、共通インク室6を各個別インク室5に連通させているインク供給口部9としての溝がICPプラズマエッチングによる異方性エッチングによって形成されている。
【0014】
キャビティ基板2の下側に接合される電極基板3は、例えばホウ珪酸ガラスからなり、その上面には各振動板4に対峙する位置に、浅くエッチングされた凹部10が形成されている。この凹部10の底面には、振動板4に対峙する個別電極11が形成されている。また、インク取入れ口12が設けられており、キャビティ基板2を接合したときに、共通インク室6の下側にくるように配置されている。インクは外部のインクタンク(図示せず)からインク供給チューブ(図示せず)を介してインク取入れ口12に供給され、共通インク室6、インク供給口部9、個別インク室5を満たしている。
【0015】
上記3枚の基板を順に接合し、電極基板3に設けた凹部10を樹脂などの封止材13を用いて外気から気密封止してインクジェットヘッドの形状が出来上がる。
【0016】
各個別電極11の端部は電極端子14となっており、この電極端子14と共通電極7に、ドライバICが搭載されたFPC(フレキシブルプリント基板)ケーブル(図示せず)が接続される。
【0017】
個別電極11と振動板4の間隔は1μm以下の寸法に保持されており、ドライバICから各電極端子14と共通電極7との間に駆動電圧パルスを印加することによって、振動板4が静電気力によって個別電極11の方へ弾性変形して撓み、個別電極11の表面に当接する。この時、個別インク室5の容積が増加するため、インクが共通インク室6からインク供給口部9を通って個別インク室5に流入する。
【0018】
次に、駆動電圧パルスをオフすることによって静電気力が解除され、振動板4はそのバネ力によって元の位置に戻る。この復元動作によって個別インク室5の容積が急激に減少し、それに伴って個別インク室5内の内圧が急激に上昇し、個別インク室内の一部のインクがノズル孔8から図1の上方へ向けてインク液滴(図示せず)として吐出される。さらに振動板4がバネ力の反動で再び個別電極11側に撓むことによって、再びインクが共通インク室6からインク供給口部9を通って個別インク室5に供給される。
【0019】
図2は、本発明のインクジェットヘッドのインク供給口部9が形成されている部分を部分的に拡大した上面図であり、図3は図2のs−s線で切断した部分断面図である。
【0020】
図3に示すように、キャビティ基板2に形成された個別インク室5と共通インク室6の間は台形断面形状の仕切り壁部20によって仕切られている。この仕切り壁部20は上面20aが平行四辺形形状をしており、その両側のエッジ20b、20cから個別インク室5、および共通インク室6に向かって傾斜している傾斜面20d、20eを備えている。
【0021】
ノズル基板1には、台形断面形状の仕切り壁部20の平行四辺形形状をした上面20aに面した部分に、平行四辺形形状に浅くエッチングされた溝部21が形成されており、この溝部分21と仕切り壁部20の上面20aの間にインク供給口部9が形成されている。
【0022】
このインク供給口部9における個別インク室5側の縁22は、仕切り壁部20のエッジ20bよりも個別インク室5の側にせり出した位置にある。従って、この縁22と仕切り壁部20のエッジ20bとにより区画される連通部23を介して、インク供給口部9は個別インク室5に連通している。
【0023】
このインク供給口部9における共通インク室6の側は、共通インク室6の形状に対応した形状となるように形成された溝部24に連続している。従って、インク供給口部9は、仕切り壁部20のエッジ20cと溝部24の底面(浅くエッチングされた溝部21)とにより区画されている連通部25を介して、共通インク室6に連通している。
【0024】
ここで、インク供給口部9における両側の連通部23、25を繋ぐ連通路26の途中位置には、略三角形断面の柱状突起27が、インク流れ方向に直行する方向に、三角形底辺が個別インク室側に向くように等間隔で3個形成されている。これらの柱状突起27は、ノズル基板1に溝部21を形成する時に島状に残したものである。
【0025】
インクタンク(図示せず)からインク供給チューブ(図示せず)を介してインク取入れ口(図示せず)、共通インク室6に供給されたインクは、エッジ20cの側に形成された連通部25を通ってインク供給口部9に供給される。インク供給口部9に入ったインクは、浅くエッチングされた溝部21と、台形断面形状の仕切り壁部20の平行四辺形形状をした上面20aの一部で構成される第1の単一流路部を通り、図2において矢印で示すように、柱状突起27の部分で4つの流路に分割された分流路部を通って分流となり、再び、浅くエッチングされた溝部21と、平行四辺形形状をした上面20aの一部で構成される第2の単一流路部に入って単一流となり、エッジ20bの側に形成された連通部23を通って個別インク室5に供給される。
【0026】
ここで、柱状突起27の断面形状を略三角形とし、底辺が個別インク室5側を向くように配置することによって、断面積が共通インク室6側から個別インク室5に向けて漸次狭まる形状としている。このような形状とすることで、ノズル孔8からインク液滴を吐出する際に、ディフューザー効果による4つの分流路部の圧力損失拡大によって、共通インク室6へのインクの逆流を抑制することができる。また、インク液滴吐出後は共通インク室6から個別インク室5へのインク供給において、リデューサ効果によるインク流れ方向の圧力低下によって流れに無理がなくなり、さらに柱状突起断面形状の三角形頂点が共通インク室側を向いていることから、柱状突起の壁面による流路抵抗を小さくすることが可能になり、共通インク室6から個別インク室5へのインク供給を速やかに行えるようになる。
【0027】
その結果、ノズル孔8からのインクの吐出効率を高めることが可能となる。また、4つの分流路部の断面積が共通インク室6側から個別インク室5に向けて同一形状の場合とインクの吐出特性を同じに設計するならば、個別インク室5、インク供給口部9、共通インク室6などの形状を小さくすることが出来、インクジェットヘッドを小型化することが可能となる。
【0028】
このインク供給口部9では、柱状突起27により4つの分流路部の断面積が小さくなっている部分は音響抵抗の増加に寄与する部分であり、それ以外の単一流路部分はインク通路断面積が大きいので、イナータンスの増加に寄与する部分である。
【0029】
この構成のインク供給口部9を備えたインクジェットヘッドにおいて実験を行ったところ、柱状突起27の大きさ、間隔、三角形形状等を適切に設計することにより、インクジェットヘッドの応答速度を速め、しかも、良好な印字品質を確保するために必要なインク吐出スピードを確保できることが確認できた。
【0030】
図4、図5に、インク供給口部の第2の実施例を示す。図4はインク供給口部9を部分的に拡大した上面図であり、図5は図4のs−s線で切断した部分断面図である。
【0031】
図5に示すように、上記第1の実施例と同様に、キャビティ基板2に形成された個別インク室5と共通インク室6の間は台形断面形状の仕切り壁部20によって仕切られている。この仕切り壁部20は上面20aが平行四辺形形状をしており、その両側のエッジ20b、20cから個別インク室5、および共通インク室6に向かって傾斜している傾斜面20d、20eを備えている。
【0032】
ノズル基板1には、台形断面形状の仕切り壁部20の平行四辺形形状をした上面20aに面した部分にインク供給口部9が形成されており、平行四辺形形状に深くエッチングされた溝部30、31と、浅くエッチングされた溝部32と、浅くエッチングされた溝部32の途中位置に設けられた、断面が略三角形状をした柱状突起34で構成されている。さらに、柱状突起34配置された流路の両側の側壁部も、柱状突起34と同様に断面が略三角形状の突部33が形成されている。この柱状突起34はインク流れ方向に直行する方向に等間隔で5個配列されており、ノズル基板1の浅くエッチングされた溝部32をエッチングする工程において、柱として残したものである。
【0033】
インクタンク(図示せず)からインク供給チューブ(図示せず)を介してインク取入れ口(図示せず)、共通インク室6に供給されたインクは、エッジ20cの側に形成された連通部35を通ってインク供給口部9に供給される。
【0034】
インク供給口部9に入ったインクは、深くエッチングされた溝部30と、台形断面形状の仕切り壁部20の平行四辺形形状をした上面20aの一部で構成される第1の単一流路部、浅くエッチングされた溝部32と、平行四辺形形状をした上面20aの一部で構成される第2の単一流路部を通り、図4において矢印で示すように、柱状突起34の部分で6つの流路に分割された分流路部を通って分流となる。
【0035】
その後、再び浅くエッチングされた溝部32と、平行四辺形形状をした上面20aの一部で構成される第3の単一流路部に入って単一流となり、深くエッチングされた溝部31と、平行四辺形形状をした上面20aの一部で構成される第4の単一流路部を通り、エッジ20bの側に形成された連通部36を通って個別インク室5に供給される。
【0036】
この構成のインク供給口部9は6つの分流路部の断面の対角線長さがノズル孔8の直径よりも小さくなるように設計しており、インク供給チューブ、インク取入れ口、共通インク室6などインク供給口部9より手前側から流れてきた異物が、インク供給口部9の分流路部を通過してノズル孔8に詰まり印字不良となるのを防止するため、柱状突起34の近傍でトラップ出来る構造としている。
【0037】
ここで、柱状突起34の断面形状を略三角形とし、底辺が個別インク室5側を向くように配置することによって、6つの分流路部の断面積が共通インク室6側から個別インク室5に向けて漸次狭まる形状としている。
【0038】
このような形状とすることで、上述の第一の実施例と同様に、ノズル孔8からインク液滴を吐出する際に、ディフューザー効果によって共通インク室6へのインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後は共通インク室6から個別インク室5へのインク供給において、リデューサ効果および柱状突起断面形状から柱状突起壁面による流路抵抗を小さくすることが可能になり、共通インク室6から個別インク室5へのインク供給を速やかに行えるようになる。
【0039】
その結果、ノズル孔8からのインクの吐出効率を高めることが可能となり、さらに、インクの吐出性能を従来と同じに設計するならば、インクジェットヘッドの小型化も可能となる。
【0040】
このインク供給口部9では、柱状突起34によりインク通路断面積が小さくなっている部分、浅くエッチングされた溝部32と、平行四辺形形状をした上面20aの一部で構成される第2の単一流路部、および第3の単一流路部は音響抵抗の増加に寄与する部分であり、それ以外の深くエッチングされた溝部30、31と、平行四辺形形状をした上面20aの一部で構成される第1の単一流路部、および第4の単一流路部はインク通路断面積が大きいので、イナータンスの増加に寄与する部分である。
【0041】
この構成のインク供給口部9を備えたインクジェットヘッドにおいて実験を行ったところ、柱状突起34の大きさ、間隔、三角形形状、および深くエッチングされた溝部30、31、浅くエッチングされた溝部32の長さ、深さ等を適切に設計することにより、インクジェットヘッドの応答速度を速め、しかも、良好な印字品質を確保するために必要なインク吐出スピードを確保できることが確認できた。
【0042】
上述の各例は、柱状突起の断面形状を三角形形状としたが、長辺を個別インク室側に向けて配置した台形形状としても同様の効果が得られる。
【0043】
上述の各例は、インク液滴を基板上面に設けたノズル孔から吐出させるフェイスイジェクトタイプを示したが、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ェクトタイプでも適用可能である。
【0044】
また、上述の各例は静電駆動式のインクジェットヘッドに関するものであるが、圧電式のインクジェットヘッドにも適用可能である。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドでは、共通インク室と個別インク室を連通しているインク供給口部に、単一流路部分と、断面積が共通インク室側から個別インク室に向けて漸次狭まる複数本の分流路部分とを形成している。このように構成することによって、インクジェットヘッドのノズル孔からインク液滴を吐出する際には、共通インク室6へのインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後には共通インク室6から個別インク室5へのインク供給を速やかに行えるようになり、インクの吐出効率に優れた、応答速度が速く、しかも印字品質の良い小型のインクジェットヘッドを実現することができる。
【0046】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【図2】図1に示すインクジェットヘッドのインク供給口部を説明するための部分上面図である。
【図3】図1に示すインクジェットヘッドのインク供給口部を説明するための第1の部分断面図である。
【図4】図1に示すインクジェットヘッドのインク供給口部の第2の実施例を説明するための部分上面図である。
【図5】図1に示すインクジェットヘッドのインク供給口部の第2の実施例を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
1 ノズル基板
2 キャビティ基板
3 電極基板
4 振動板
5 個別インク室
6 共通インク室
7 共通電極
8 ノズル孔
9 インク供給口部
10 凹部
11 個別電極
12 インク取入れ口
13 封止材
14 電極端子
20 仕切り壁部
20a 仕切り壁部の上面
20b、20c 仕切り壁部のエッジ
20d、20e 仕切り壁部の傾斜面
21、32 浅い溝部
22 縁
23、25、35、36 連通部
24 溝部
26 連通路
27、34 柱状突起
30、31 深い溝部
33 突部
Claims (3)
- 共通インク室と、個別インク室と、この個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記個別インク室にインクを供給するための単一流路部と複数の分流路部とを備えたインク供給口部を有し、前記個別インク室の容積変動により前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
_前記単一流路部が深い溝部で構成され、
前記複数の分流路部が浅い溝部で構成されるとともに、前記共通インク室から個別インク室に向かって、断面積が漸次減少しており、
前記分流路部には、前記深い溝部から前記浅い溝部に向かって2段形状である柱状部が配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項1において、
対向電極の間に電圧を印加することにより発生する静電気力によって、前記個別インク室に容積変動を発生させて、前記インクノズルからインク液滴を吐出させることを特徴とする静電駆動式のインクジェットヘッド。 - 請求項1において、
インク供給口部は第一の基板にICPプラズマエッチングによる異方性エッチングによって溝加工された後、個別インク室、共通インク室を加工した第二の基板と接合して形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
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