JPH04173147A

JPH04173147A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH04173147A
Application number: JP2299178A
Authority: JP
Inventors: Manabu Nishiwaki; 学西脇; Yoshiko Tatezawa; 立沢　佳子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 1992-06-19
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JP2946736B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野１本発明は、インク液滴を画像記録媒体上へ選択的に付着
させるインクジェットヘッドに関する。

［従来の技術］近年、液体インクを圧電部材の変形圧力により吐出・記
録させるインクジェットヘッドが数多く提案されている
。

従来のインクジェットヘッドの構造は、特開昭６３−２
５２７５０号公報、あるいは特開昭６３−２４７０５１
号公報に開示された装置はその前駆をなすものである。

これらはインク吐出ノズルの並び方向に互いに間隔を有
する多数の平行な流路からなり、該流路は大部、底部、
そして流路の長手方向および長手方向とノズル並び方向
の両方に垂直に伸びる側壁により区画されている。該流
路の一端は複数のノズルを有するノズルプレートに接続
し、他の一端はインクを各チャンネルに補充するインク
供給手段に接続する。該側壁はその一部あるいは全体が
圧電物質で構成され、電気的アクチュエート手段により
剪断モードなどのアレイ方向に平行な変形を引き起こし
、該流路内に圧力を変化させノズルからインク滴を噴射
させるものであった。

［発明が解決しようとする課題］しかし上記従来例では、インクを加圧する変形部材とイ
ンクをか吐出するノズル部材とが別体であり、相互の高
精度の位置合わせが難しいと言う問題を有している。ま
た、振動素子の変形を疎外しないようなノズル部材との
接合方法について、述べらていない。

本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたもので、
その目的とするところは、より簡易で高精度な、変形部
材へのノズル形成方法により、高密度化、高性能化でき
る新規なインクジェットヘッドを提案することにある。

［課題を解決するための手段［即ち、本発明インクジェットヘッドはかかる課題を解決
するために、複数並列された、互いに鉛直に接する天壁
と底壁と２つの側壁と前部封止板と後部封止板から構成
される直方体状のインクキャビティと、前記天壁或は低
壁に、天壁面或は低壁面に鉛直方向に穿かれたインク吐
出ノズルとから構成され、前記側壁面の鉛直方向への剪
断変形により、前記インクキャビティ内の圧力を変化さ
せて、前記ノズルからインク滴を噴射せしめしたもので
ある。

［実施例Ｊ実施例１第１図（ａ）（ｂ）および第２図（ａ）（ｂ）はこのよ
うな原理をもとにラインプリンタ用のインクジェットヘ
ッドとして構成した本発明の典型的な実施例を示したも
のである。第１図（ａ）はインクジェットヘッドの斜視
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ’−Ｂ’−Ｂ
面の断面図である。第２図（ａ）は第１図（ａ）の矢印
Ｃ方向から見たインクジェットヘッドの正面図、第２図
（ｂ）はインク吐出時の状態を示した正面図である。

はじめに本実施例の構成要素を説明する。

ｌａ、ｂは片面に櫛歯状に溝を設けた有効印字領域を越
える長さを備えた狭巾の圧電基板で、この圧電基板は厚
さ１．２ｍｍのチタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）系圧電
セラミクスで形成した。

圧電基板１ａと１ｂの櫛歯状の溝は、グイシングソウに
より切削形成した。

なお本例で用いた材質のほかにＺｎＯ等の圧電性セラミ
クスや、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３、水晶、Ｌ　ｉ　Ｔ　ａ
　Ｏ３、Ｂ　ｉ　１２　Ｇ　ｅ　Ｏ２０，５ｉ１２Ｇｅ
０２０などの圧電性単結晶や、ポリ弗化ビニリデン（Ｐ
ＶＤＦ）等の高分子圧電材料、さらに上記圧電材料を混
合したもの、また上記圧電材料を膜状に積層したものを
使用することも可能である。

圧電基板１ａと１ｂは相互の溝を設けた面を重接し、そ
の前後から前後の封止板でるところの、前部封止固定部
材４と後部封止固定部材５の爪部６により、原人し、挾
み込み封止・固定した。この際封止固定部材４．５と圧
電基板１ａ、　ｌｂとは、エポキシ樹脂系接着剤で接着
したが、接着部は爪部６と圧電基板１ａ、　Ｉｂとの界
面８だけにとどめ−た。

上記２つの封止固定部材の材質は、ポリカーボネートを
用い、内側、詰まり圧電基板１ａ、ｂの端面と接する面
には厚さ０．５ｍｍのシリコンゴム膜９を添付した。

キャビティ３０１．、にインク１３を充填すると、シリ
コンゴム膜９はインクにより膨潤・膨張し、より強固に
封止することができた。

１４はキャビティ３０１．、にインクを供給するための
供給孔であり、後部封止固定部材５に形成されており、
供給用パイプ（図示せず）を介しインクタンク（図示せ
ず）と接続されている。

尚本例では、供給孔は後部封止固定部材に形成したが、
前部封止固定部材４或は圧電基板１ａ、１ｂの任意の場
所に形成してよい。

上記のような２枚の圧電基板１ａ、　ｂの重接により、
インク１３を保持し、後述する変形部により圧力を発生
させるためのインクキャビティ３０１、６一３０２、、、が形成される。

キャビティ３０１．３０２．、、のピッチｐは１２７μ
ｍ。

幅Ｗは１００μｍ、高さ２Ｘｈは６００ｐｍ、奥行ｄは
１０　ｍ　ｍとし、解像度２００ｄｏｔ／１ｎｃｈ、素
子数、１６００のラインヘッドとした。

圧電基板１ａ、１ｂの櫛歯の歯の部分、換言するとキャ
ビティ３０１．３０２．、、に挾まれた部分１０１．１
０２、、．２０１．２０２．、は、電圧印加により変形
しインク１３に対し正或は負の圧力で加圧する為の変形
部である。

第１図（ａ）から明らかなように、圧電基板１ａの溝の
切り残し部がキャビティ３０１．、の天壁となり、圧電
基板１ｂの溝の切り残し部が底壁となり、変形部１０１
．．．２０１．、が側壁となる。

４０１．４０２．．５０１．５０２．、は前記変形部１
０１．．．２０１、、の両側全面に形成された、変形部
１０１．．．２０１、、へ電圧を印加するための電極で
ある。

この電極は、圧電基板に溝を形成後、クロム薄膜を１０
０ｎｍ形成しその上に金薄膜を１□ｍスパッタにより成
膜した。

また上記電極上には、スパッタにより１μｍの５ｉ０２
膜を形成し電気的絶縁処理を施した。（図示せず）上記電極は同一キャビティに外接する電極、例えばキャ
ビティ３０１に対して電極４０１と４０２と５０１と５
０２は全て電気的に導通し、電極対６０１を形成してい
る。

Ｎ１、Ｎ２０．は前記キャビティに対で対応したノズル
である。ノズルは以下のようにして形成した。

あらかじめ有効印字領域を越える長さを備え幅ｗｎが１
００μｍ、高さｈｎが１００　ｐ　ｍのノズル部材２に
ピッチｐ１　口径３０μｍの貫通孔を穿ったものを用意
する。

圧電基板１ａには前記ノズル部材２を埋め込むための溝
１１をダイシングにより切削形成した。埋め込み用溝１
１は圧電基板１ａの基板上面より、下面のキャビティ用
溝と貫通する深さまで穿った。

その後埋め送用溝１１ヘノズル部材２を挿入しキャビテ
ィ３０１．、とノズルＮ１０．との位置を合わせ接着し
た。

埋め込み用溝１１は前部封止固定部材４と圧電基板１ａ
の前端面の接点から、３ｍｍ距離を置いた位置に設けた
が、実験によればこの距離が±２ｍｍ変化しても、吐出
特性に大きな変化はなかった。

従って、キャビティの並列方向のノズルとの位置合わせ
のみに留意すれば良く、簡単な加工治具により、容易に
精度良く接合することができた。

Ｄｌ、Ｄ２１．は駆動用出力スイッチ回路であるドラ゛
　イバである。

ドライバは相補型ＭＯ５回路で構成し、高電圧出力状態
、低電圧出力状態の２状態出力型とした。

４は」１記ドライバに高電圧と低電圧の供給する為の直
流電源である。

７は上記ドライバを高電圧出力と低電圧出力のいずれか
の出力を対し選択駆動させるための制御回路部であり、
制御信号線１２を介してドライバに接続されている。

各々のドライバの出力は、前記電極対６旧、６０２８．
と接続される。

インク１３は純水に染料３重量％と５重量％ジエチレン
ゲリコールを溶解分散したものを用いた。インクの粘度
は１．５ｃｐｓであった。また何種かのインクで飛翔実
験をしたところ、２５℃における粘度が０．５ｃｐｓか
ら８ｃｐｓ、比重が０．５ｇ／ｃｍ３がら３．０ｇ７ｃ
ｍ３、表面張力が１０ｄｙｎｅｓ／ａｍがら１００ｄｙ
ｎｅｓ／ｃｍで良好な印字を得ることができた。

次に、本発明に基づくインクジェットヘッドによっても
たらされるインクの飛翔原理について説明する。

第２図において符号３ａ、３ｂの矢印は変形部１０１、
、、．２０１．内の分極方向を示す。分極方向は全て圧
電基板１ａと１ｂの接合面に向き、圧電基板の厚み方向
に垂直である。またこの分極方向は矢印の先側か正極で
も負極でも良いが、以下矢側を正極として説明する。

今、ドライバＤ４に低電圧を、Ｄ３とＤｌに高電圧を印
加すると、変形部１０４．１０５．２０４．２０５はそ
の圧電性によりせん断力を受け、キャビティ３０４に向
けて矢印Ｆで示す剪断方向に剪断変形する。

変位する。その変位の様子第２図（ｂ）に示す。

一方、インク１３はインク供給孔１４より供給されキャ
ビティ３０４に充填されている。

上記変位部の変位から生じるキャビティ３０４内の体積
縮小により、圧力を受け、インクはノズルＮ４より矢印
Ｅ方向へ、粒径が１０μｍ乃至１００μｍのインク滴と
なり吐出する。

上記のごとく、ドライバによる印加電圧を制御すること
により任意のノズルから、液滴吐出を行うことができた
。

また１ドツトのインク滴吐出のためには高電位を２５Ｖ
、低電位を０■として、２０μ秒の時間の電圧変位が必
要であった。

以上述べた構成により動作試験を行ったところ、記録周
波数１０ｋＨｚで安定してインク吐出をすることができ
、高品質の印字を得ることができた。

以上ごとき構成では、ノズルＮ１９．とキャビティ３０
１、、の奥行き方向の位置精度は、埋め速用溝１１の加
工精度で規制されるが、その精度を維持することは容易
である。

変形部の一番変位の大きい部分１５は封止固定部材４．
５と接合されていないので、振動変位に抑制がかかるこ
となく高率の良いインク吐出を得ることができた。

また最大変位部１５とノズル部材２と圧電基板１ａとの
接合部が離れているので、長期間動作させても接合部の
剥離等の劣化は起きなかった。

実施例２第３図（ａ）（ｂ）に第２の実施例を示す。第３図（ａ
）はインクジェットヘッドの斜視図、第３図（ｂ）は第
１図（ａ）のＡ−Ａ’−Ｂ’−Ｂ面の断面図である。

はじめに本実施例の構成要素を説明する。

ｌａ、ｂは片面に櫛歯状に溝を設けた有効印字領域を越
える長さを備えた狭１コの圧電基板で、この圧電基板は
厚ｅ２ｍｍのチタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）系圧電セ
ラミクスで形成した。

圧電基板１ａと１ｂの櫛歯状の溝は、マルチブレードの
ワイヤソウにより一括して切削形成した。

圧電基板１ａと１ｂは相互の溝を設けた面を重接し、そ
の前後から前部封止固定部材４と後部封止固定部材５の
爪部６により、原人し、挟み込み封止・固定した。この
際封止固定部材４．５と圧電基板１ａ、■ｂとは、エポ
キシ樹脂系接着剤で接着したが、接着部は爪部６と圧電
基板１ａ、１ｂとの界面８だけにとどめた。

上記２つの封止固定部材の材質は、ポリカーボネートを
用い、内側、つまり圧電基板１ａ、　ｂの端面と接する
面には厚さ０．５ｍｍのシリコンゴム膜９を添付した。

上記のような２枚の圧電基板１ａ、　ｂの重接により、
インク１３を保持し、後述する変形部により圧力を発生
させるためのキャビティ３０１．３０２．、、が形成さ
れる。

キャビティ３０１．３０２．、のピッチＰは１２７．ｃ
ｚｍ、幅Ｗは８０．ｃｚｍ、高さ２Ｘｈは８００μｍ１
奥行ｄは１０　ｍ　ｍとし、解像度２００ｄｏｔ／１ｎ
ｃｈ、素子数、１６００のラインヘッドとした。

Ｎ１、Ｎ２．は前記キャビティに対で対応したノズルで
ある。ノズルは以下のようにして形成した。

圧電基板１ａに図の上方間いたテーパー状の溝１１をダ
イシングソウにより切削形成した。埋め込み用溝１１は
圧電基板１ａの基板上面より、下面のキャビティ用溝と
貫通する深さまで穿った。

溝１１の幅は第３図（ｂ）においてＷｌが２００μｍ、
　ｗ２が３０μｍとした。最終的なノズル形状は辺長が
Ｗ２とキャビティの幅Ｗの矩形となる。

インク１３は絶縁性有機溶媒に顔料５を溶解分散したも
のを用いた。インクの粘度は０．８　ｃｐｓであった。

また何種かのインクで飛翔実験をしたところ、２５℃に
おける粘度が０．５　ｃｐ　ｓから８　ｃｐｓ、比重が
０．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３、表面張力が１
０ｄｙｎｅｓ／ｃｍから１００ｄｙｎｅｓ／ｃｍで良好
な印字を得ることができた。

駆動用の電極、ドライバの構成、インク吐出の方法は第
１の実施例とどうようである。

このような構成により動作試験を行ったところ、第１の
実施例と同様の印字特性、効果を得ることができた。

また第１の実施例に比べて、ノズル形成法が更に単純化
され、原理的にノズルとキャビティの位置がずれること
がない。

尚、本例では、ノズル形成の為の溝１１をテーパー状に
一括形成したが、最初にテーパーのない断面が矩形の溝
でキャビティまで貫通させた後、テーパー状のダイシン
グブレードにより圧電基板１ａの上面より、キャビティ
に達しない位置まで切削して、断面を漏斗状に形成して
もよい。

［発明の効果］本発明によればノズルを変形部の剪断変形方向に対し鉛
直に設けることにより、ノズルの高精度な形成が可能と
なるという効果がある。

また最大変形部近傍に他部材との接合部がないので、吐
出効率、信頼性の向上にも効果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明によるインクジェットヘッ
ドの第１の実施例の構造を示す図。第２図（ａ）（ｂ）は本発明によるインクジェットヘッ
ドの断面構造と原理を示す図。第３図（ａ）　（ｂ）は本発明によるインクジェットヘ
ッドの第２の実施例の構造を示す図。Ｎ・・・ノズルト・・圧電基板２・・・ノズル部材３・・・分極方向４・・・前部封止固定部材５・・・後部封止固定部材１３・・・インク１０１．１０２．、．２０１．２０２．、、・・・変形
部３０１．３０２．、・・・キャビティ４０１．４０２．、．５０１．５０２．、・・・電極６
０１．６０２．、、・・・電極対以上出願人セイコーエプソン株式会社代理人弁理土鈴木喜三部（他１名）、−１に

Claims

【特許請求の範囲】１、複数並列された、互いに鉛直に接する天壁と底壁と
２つの側壁と前部封止板と後部封止板から構成される直
方体状のインクキャビティと、前記天壁或は低壁に、天
壁面或は低壁面に鉛直方向に穿かれたインク吐出ノズル
とから構成され、前記側壁面の鉛直方向への剪断変形に
より、前記インクキャビティ内の圧力を変化させて、前
記ノズルからインク滴を噴射せしめるインクジェットヘ
ッド。２、側壁の一部又は全体が圧電物質で構成されたことを
特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。