JPH01280565A - Ink jet recording head - Google Patents
Ink jet recording headInfo
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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Landscapes
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
この発明は、圧電効果を利用してインクキャビティ（イ
ンク圧力室）内のインクを加圧し、ノズルから液滴状に
噴射させるマルチノズル式のインクジェット記録ヘッド
に関する。The present invention relates to a multi-nozzle inkjet recording head that pressurizes ink in an ink cavity (ink pressure chamber) using a piezoelectric effect and ejects it in the form of droplets from nozzles.
ＯＡ機器などに使用されるインクジェット記録ヘッドに
ついてはいくつかの方式が提案されているが、圧電材料
そのものにインクキャビティを形成する方式については
、すでに本件出願人により出願されている（特開昭６２
−５６１５０号公報参照）。
この方式は、特にマルチノズル式インクジェット記録ヘ
ッドにおいて、その小型化やインクノズルの高密度化の
面で有効で、その詳細は上記公報に記載されているとこ
ろであるが、第２図及び第３図により改めてその構成を
説明する。ここで、第２図はインクジェット記録ヘッド
１の横断面図、また第３図はその縦断面図である。
第２図において、１０は平板状の圧電材料、例えば厚さ
０．５ｍ＋＋＋の圧電セラミックスからなる圧電体プレ
ートで、この圧電体プレート１０には複数列（図では５
列）のインクキャビティ１１が並列に設けられている。
このインクキャビティ１１は、断面Ｕ字状の溝（幅約０
．７ｍｍ）の両側面に沿ってさらに幅の狭い溝（幅約５
０μｍ）を掘り込んだ形状、言い換えればＵ字溝の底面
中央に突出部を設けた形状を持っている。
また第３図に示すように、圧電体プレート１０の一端（
第３図の左端）には、インクノズル１２（断面４０μｍ
×４０μｍ）がインクキャビティ１１に通じるように形
成され、他端（第３図の右端）には、同じくインクキャ
ビティ１１に通じるようにインク供給路１３が形成され
ている。そして、これらのインク供給路１３に続けて、
各インクキャビティ１１に共通のインク供給室１４が圧
電体プレート１０を横断するように形成されている。
なお、このインク供給室１４は図示しないインク容器と
つながれ、インクキャビティ１１、インクノズル１２、
インク供給路１３及びインク供給室１４はインクで満た
される。
さらに圧電体プレート１０には、インクキャビティ１１
の全内面に一方の電極１６が、またインクキャビティ１
１内の中央突出部に対応する下面に他方の電極１７がそ
れぞれ層状に設けられている。
このような圧電体プレート１０には、その上面に蓋板１
５（厚さ約０．５ｍｍ）が接着又は融着によって接合さ
れている。差板１５としては、ガラス、アルミナ、ある
いは金属のいずれを用いても良いが、インクの流れを目
視で観察できるなどの点から、ガラスが最も適している
。
さて、図示構成のインクジェット記録ヘッドｌにおいて
、電極１６．１７間に駆動用パルス電圧が印加されると
、第２図で破線ハツチングを施した伸縮部１８（主とし
て中央突出部）が縦方向に圧縮され、またこれに応じて
横方向に伸長される。
なお、伸縮部１日の左右のベース部（第２図において網
目ハツチングを施した部分）１９は伸縮変化しない。伸
縮部１８の伸縮は縦方向の方が横方向より変位が大きい
ため、インクキャビティ１１の内容積は全体的には膨張
し、インク供給室１４からインク供給路１３を通してイ
ンクを吸い込む。
一方、パルス電圧が零になると、インクキャビティ１１
の内容積は復元して縮小し、インクは液適状となってイ
ンクノズル１２がら噴射される。Several systems have been proposed for inkjet recording heads used in OA equipment, etc., but the applicant has already filed an application for a system in which ink cavities are formed in the piezoelectric material itself (Japanese Patent Laid-Open No. 62
(Refer to Publication No.-56150). This method is particularly effective in reducing the size of multi-nozzle inkjet recording heads and increasing the density of ink nozzles, and the details are described in the above-mentioned publication. The configuration will be explained once again. Here, FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet recording head 1, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view thereof. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a piezoelectric plate made of a flat piezoelectric material, for example, piezoelectric ceramics with a thickness of 0.5 m++.
Ink cavities 11 (columns) are provided in parallel. This ink cavity 11 has a U-shaped cross section (width approximately 0
．． 7 mm) along both sides of the narrower groove (approximately 5 mm wide).
In other words, it has a shape in which a protrusion is provided at the center of the bottom of the U-shaped groove. Further, as shown in FIG. 3, one end of the piezoelectric plate 10 (
The ink nozzle 12 (cross section 40 μm
x40 μm) is formed so as to communicate with the ink cavity 11, and an ink supply path 13 is formed at the other end (the right end in FIG. 3) so as to communicate with the ink cavity 11 as well. Following these ink supply paths 13,
An ink supply chamber 14 common to each ink cavity 11 is formed across the piezoelectric plate 10. Note that this ink supply chamber 14 is connected to an ink container (not shown), and has an ink cavity 11, an ink nozzle 12,
The ink supply path 13 and the ink supply chamber 14 are filled with ink. Furthermore, the piezoelectric plate 10 has an ink cavity 11.
One electrode 16 is placed on the entire inner surface of the ink cavity 1.
The other electrodes 17 are provided in a layered manner on the lower surface corresponding to the central protrusion within the electrode 1 . Such a piezoelectric plate 10 has a cover plate 1 on its top surface.
5 (thickness approximately 0.5 mm) are joined by adhesion or fusion. The differential plate 15 may be made of glass, alumina, or metal, but glass is most suitable because it allows the flow of ink to be visually observed. Now, in the inkjet recording head l having the illustrated configuration, when a driving pulse voltage is applied between the electrodes 16 and 17, the expandable portion 18 (mainly the central protruding portion) shown by broken line hatching in FIG. 2 is compressed in the vertical direction. and is also stretched laterally accordingly. Note that the base portions 19 on the left and right sides of the expandable portion (hatched portions in FIG. 2) do not expand or contract. Since the expansion/contraction portion 18 has a larger displacement in the vertical direction than in the horizontal direction, the internal volume of the ink cavity 11 expands as a whole, and ink is sucked from the ink supply chamber 14 through the ink supply path 13 . On the other hand, when the pulse voltage becomes zero, the ink cavity 11
The internal volume of the ink is restored and reduced, and the ink becomes liquid and is ejected from the ink nozzle 12.
ところで、インクジェット記録ヘッド、特にそのインク
ノズルには、−ｉ的に以下の機能が求められる。
（１）インク液の濡れかないこと
（２）加工性及び加工精度が良いこと
（３）耐蝕性を有すること
（４）流体圧力に対して寸法変化がないこと特に、イン
クノズルのインク液の濡れは用紙にプリントされるイン
ク液の点着寸法（ドツト径）や点着精度に重要な影古を
与える。
すなわち、インクの濡れが大きいと、噴出孔よりインク
液が射出された際、液滴が噴出孔の先端面に付着残留す
るので、次のインク液が射出されるとそのインク液は方
向を変えて噴出したり、あるいは噴出するインク？夜が
増えたりして、用紙にプリントされるインク液の点着寸
法、点着位置の精度に狂いを生じる。
特に上記したインクジェット記録ヘッドは圧電材料を用
いてインクノズルを構成しており、この圧電材料は焼成
によって製造されているため、わずかであるが空孔が存
在している。そのため、まれにこの空孔がインクノズル
、とりわけその端面に位置すると、そこにインク液が付
着残留しやす（なり、インク液の点着寸法、点着位置の
精度に狂いを生じたり、場合によってはインク液が滞留
してインクノズルを塞いでしまうなどのトラブルが発生
する。さらに、これらの影舌によってインク射出の周波
数応答性も低下しやすくなるという問題もある。
したがって、この種のインクジェット記録ヘッドでは、
インクノズル先端面におけるインク液の濡れを小さくす
ることが望まれるが、その方法の一つとして、インクノ
ズル端面に窒化物系セラミックス、例えばＡＬＮ、Ｔｉ
Ｎ、ＺｒＮ、ＢＮなどの薄膜を形成することが提案され
ている。
ところが、この処理を行うとインクノズル端面の澄水性
は向上するが、上記薄膜の形成は反応性マグネトロンス
パッタリングやプラズマスパッタリングなどの方法で行
うため、スパッタの際にインクジェット記録ヘッドにも
高温が作用し、加工時の内部応力によりヘッドが変形す
ることがある。
また、上記処理はスパッタ法を用いるため、インクノズ
ル内部に僅かながら窒化物の被膜ができ、インクノズル
内部でのインクメニスカスがインクノズル内部に入り込
み過ぎて周波数応答性にも悪影響を与える場合もみられ
る。
そこでこの発明は、インクノズル端面のインク液の濡れ
がなく、しかも変形や周波数応答性の悪化のないインク
ジェット記録ヘッドを提供することを目的とするもので
ある。By the way, the following functions are required for an inkjet recording head, especially its ink nozzles. (1) No wetting of the ink liquid (2) Good workability and processing accuracy (3) Corrosion resistance (4) No dimensional change due to fluid pressure In particular, no wetting of the ink liquid at the ink nozzle. This has an important effect on the dot size (dot diameter) and dot accuracy of the ink liquid printed on paper. In other words, if the ink is highly wet, when the ink is ejected from the ejection hole, droplets will remain attached to the tip of the ejection hole, so when the next ink is ejected, the ink will change direction. Ink that squirts or squirts? As the number of nights increases, the accuracy of the dot size and dot position of the ink liquid printed on the paper becomes inconsistent. In particular, the above-mentioned inkjet recording head uses a piezoelectric material to constitute the ink nozzle, and since this piezoelectric material is manufactured by firing, there are a few holes. Therefore, in rare cases, if this hole is located in the ink nozzle, especially on the end face, ink liquid tends to stick and remain there (this may cause errors in the accuracy of the ink liquid spot size and spot position, or in some cases This causes problems such as ink liquid stagnation and blocking the ink nozzles.Furthermore, there is also the problem that the frequency response of ink ejection tends to deteriorate due to these shadows.Therefore, this type of inkjet recording In the head,
It is desirable to reduce wetting of the ink liquid on the ink nozzle end surface, and one way to do this is to use nitride-based ceramics such as ALN, Ti, etc. on the ink nozzle end surface.
It has been proposed to form thin films of N, ZrN, BN, etc. However, although this treatment improves the water clarity of the ink nozzle end face, since the thin film is formed using methods such as reactive magnetron sputtering and plasma sputtering, high temperatures also act on the inkjet recording head during sputtering. , the head may be deformed due to internal stress during processing. In addition, since the above process uses a sputtering method, a slight nitride film is formed inside the ink nozzle, and the ink meniscus inside the ink nozzle may penetrate too much inside the ink nozzle, adversely affecting frequency response. . SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inkjet recording head that does not cause wetting of the ink nozzle end face with ink liquid, and also does not cause deformation or deterioration of frequency response.
上記目的を達成するために、この発明は、インクノズル
の先端面をフォトレジストの薄膜で被覆するものである
。
フォトレジストにはネガ型とポジ型があるが、いずれも
耐水性及び耐インク性は十分である。
ネガ型フォトレジストは、環化ポリイソプレンにアジド
化合物を添加したもので、紫外線照射によってアジド化
合物が分解して環化ポリイソプレンを架橋し、溶媒に対
して不溶化する。
また、ポジ型フォトレジストは、ノボラック樹脂にキノ
ンジアト化合物を添加したもので、光照射によってキノ
ンジアト化合物がインデンカルボン酸となり、アルカリ
性水溶液からなる現像液で溶解除去される。In order to achieve the above object, the present invention covers the tip end surface of an ink nozzle with a thin film of photoresist. There are negative and positive types of photoresists, both of which have sufficient water resistance and ink resistance. Negative photoresists are made by adding an azide compound to cyclized polyisoprene, and the azide compound is decomposed by ultraviolet irradiation, crosslinking the cyclized polyisoprene and making it insoluble in solvents. In addition, a positive photoresist is a novolak resin with a quinonediato compound added thereto, and when irradiated with light, the quinonediato compound becomes indenecarboxylic acid, which is dissolved and removed by a developer consisting of an alkaline aqueous solution.
インクノズル先端面は、フォトレジストの薄膜で被覆す
ることにより平滑鏡面度が向上し、これによりインクの
濡れが抑止される。
また、処理の過程に高熱処理の工程がないため、ヘッド
の変形の問題も生じない。
さらに、インクノズル内部まで被覆されることがないの
で、インクメニスカスが入り込むことがなく、インク射
出の周波数応答性が悪化することもない。The tip surface of the ink nozzle is coated with a thin film of photoresist to improve its smoothness and specularity, thereby suppressing ink wetting. Furthermore, since there is no high heat treatment step in the processing process, there is no problem of head deformation. Furthermore, since the inside of the ink nozzle is not coated, the ink meniscus does not enter, and the frequency response of ink ejection does not deteriorate.
以下、ネガ型フォトレジストを使用したこの発明の実施
例について説明する。
第１図は、第２図及び第３図に示すインクジェット記録
ヘッド１にこの発明を適用した例を示すもので、インク
ノズル１２の先端近傍の水平断面を拡大して示している
。
第１図において、インクノズル１２の先端面１２ａは、
フォトレジストの薄膜２０で被覆されている。この薄膜
２０は次のようにして形成した。
インクノズル先端面１２ａにネガ型フォトレジストを塗
布し、スピンコーターにより均一な薄膜にし、ブレベイ
クを行う。次に、ノズル部分のみ光を当てないようにマ
スクで被い、紫外線を照射して露光する。そして、現像
液で現像処理し、リンスを行い、最後にホスオベイクを
行う。この方法により、１．５μｍ〜１０μｍのフォト
レジスト１莫の形成が可能であった。
この実施例に対する比較例としては、インクノズル先端
面を＃ ２０００のエメリー紙で研出加工した記録ヘッ
ドを用いた。そして、実施例及び従来例（比較例）のイ
ンクジェット記録ヘッドでインク液を１０００万回噴出
させたのち、インクノズル先端面でのインク液の濡れ接
触角度、及び用紙にプリントされたインク液の点着寸法
、点着位置を測定した。その結果を第１表に示す。
第１表
上記結果から明らかなように、実施例の記録ヘッドは従
来例に比べて、インクノズル先端面でのインク液の濡れ
接触角度が著しく大きくなっている。また、実施例の記
録ヘッドから噴出されて用紙にプリントされたインク液
の点着寸法と点着位置の誤差は従来例に比べて著しく小
さく、明らかに改良されている。さらに、インク射出の
周波数応答性をみると、従来は５〜６ ｋ ｌＩ ｚで
あるが、実施例の記録ヘッドは１０ｋＨｚまでインク射
出が可能であった。
すなわち、この発明によるインクジェット記録ヘッドは
、フォトレジストの薄膜によりインクノズル先端面の平
滑鏡面度が向上してインク液の濡れが抑えられ、噴出さ
れるインク液もほぼ真直ぐに案内されて用紙の所要位置
にプリントされるため、インク液の点着寸法と点着位置
の精度が高くなるものと考えられる。
なお、インクノズル先端面にポジ型フォトレジストの薄
膜を形成したインクジェット記録ヘッドもネガ型の場合
と同様な結果となり、インクジェット記録ヘッドの特性
向上に効果のあることが確認された。Examples of the present invention using a negative photoresist will be described below. FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to the inkjet recording head 1 shown in FIGS. 2 and 3, and shows an enlarged horizontal cross section near the tip of an ink nozzle 12. FIG. In FIG. 1, the tip surface 12a of the ink nozzle 12 is
It is coated with a thin film 20 of photoresist. This thin film 20 was formed as follows. A negative photoresist is applied to the ink nozzle tip surface 12a, made into a uniform thin film using a spin coater, and then subjected to a brebake. Next, the nozzle portion is covered with a mask so as not to be exposed to light, and exposed to ultraviolet light. Then, it is developed with a developer, rinsed, and finally phosphobaked. By this method, it was possible to form a photoresist with a thickness of 1.5 μm to 10 μm. As a comparative example to this example, a recording head in which the tip surface of the ink nozzle was polished with #2000 emery paper was used. After ejecting the ink liquid 10 million times using the inkjet recording heads of the example and the conventional example (comparative example), the wetting contact angle of the ink liquid at the tip of the ink nozzle and the dot of the ink liquid printed on the paper were determined. The size of the garment and the position of the spot were measured. The results are shown in Table 1. As is clear from the above results in Table 1, the wetting contact angle of the ink liquid at the tip surface of the ink nozzle in the recording head of the example is significantly larger than that of the conventional example. Further, the errors in the spotting size and spotting position of the ink liquid ejected from the recording head of the embodiment and printed on the paper are significantly smaller than those of the conventional example, and are clearly improved. Furthermore, looking at the frequency response of ink ejection, the conventional recording head has a frequency of 5 to 6 kHz, but the recording head of the embodiment was able to eject ink up to 10 kHz. That is, in the inkjet recording head according to the present invention, the thin film of photoresist improves the smoothness and specularity of the tip surface of the ink nozzle, suppressing wetting of the ink liquid, and the ejected ink liquid is also guided almost straight, so that the required amount of paper is It is thought that the accuracy of the ink liquid spotting size and spotting position is high because the ink is printed at the same position. Note that an inkjet recording head in which a thin film of positive type photoresist was formed on the tip surface of the ink nozzle gave similar results to the negative type, and it was confirmed that the inkjet recording head was effective in improving the characteristics of the inkjet recording head.
この発明によれば、フォトレジストの薄膜によりインク
ノズル先端面のインク液の濡れが抑えられ、インク液の
拡がりや滞留が防止されるので、用紙にプリントされた
インク液の点着寸法と点着位置の精度が高くなる。また
、上記薄膜の形成には高熱処理の工程がないため、ヘッ
ドの変形の恐れがない。さらに、ノズル内部までは被覆
されないので、インクメニスカスが内部まで入り込むこ
とがなく、インク射出の周波数応答性も影ツを受けない
。According to this invention, the thin film of photoresist suppresses the wetting of the ink liquid on the tip surface of the ink nozzle and prevents the ink liquid from spreading and stagnation. Increases position accuracy. Further, since there is no high heat treatment step in forming the thin film, there is no risk of deformation of the head. Furthermore, since the inside of the nozzle is not covered, the ink meniscus does not penetrate into the inside, and the frequency response of ink ejection is not affected.
第１図はこの発明の実施例を示す要部水平断面図、第２
図はは従来例のｇｌ、断面図、第３図は第２図の縦断面
図である。
１０：圧電体プレート、１１：インクキャビティ、１２
：インクノズル、１２ａ：インクノズル先端面、１３：
インク供給路、１４：インク供給室、１５：蓋板、２０
：フォトレジストの薄膜。
フォトレジストFig. 1 is a horizontal cross-sectional view of main parts showing an embodiment of the present invention;
The figure is a cross-sectional view of the conventional example, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 2. 10: piezoelectric plate, 11: ink cavity, 12
: Ink nozzle, 12a: Ink nozzle tip surface, 13:
Ink supply path, 14: Ink supply chamber, 15: Lid plate, 20
: Thin film of photoresist. photoresist
Claims (1)
ンク供給路とこれらに共通のインク供給室とが形成され
た圧電体プレートに蓋板を接合して構成されるインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、インクノズルの先端面をフ
ォトレジストの薄膜で被覆したことを特徴とするインク
ジェット記録ヘッド。1) In an inkjet recording head configured by joining a lid plate to a piezoelectric plate on which multiple rows of ink cavities, ink nozzles, ink supply paths, and a common ink supply chamber are formed, the tip of the ink nozzle An inkjet recording head characterized by having a surface coated with a thin film of photoresist.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10962288A JPH01280565A (en) | 1988-05-02 | 1988-05-02 | Ink jet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| JP10962288A Pending JPH01280565A (en) | 1988-05-02 | 1988-05-02 | Ink jet recording head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01280565A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5334999A (en) * | 1990-10-18 | 1994-08-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Device for preparing ink jet recording head with channels containing energy generating elements |
-
1988
- 1988-05-02 JP JP10962288A patent/JPH01280565A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5334999A (en) * | 1990-10-18 | 1994-08-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Device for preparing ink jet recording head with channels containing energy generating elements |
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