JPH06115070A

JPH06115070A - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッド製造方法

Info

Publication number: JPH06115070A
Application number: JP26492292A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Suzuki; 秀昭鈴木; Kazunaga Suzuki; 一永鈴木; Satoshi Shinada; 聡品田; Nobuaki Okazawa; 宣昭岡沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1994-04-26
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3152260B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加圧室を分離する側壁及び振動板に、加圧室
の軸方向沿った溝を設けることにより、クロストークレ
スと、インク吐出効率の向上とを両立させる。【構成】流路基板１０に側壁３で分離された加圧室
５，５ａが形成され、振動板２、圧電素子１が積層、接
合されている。又、側壁３は他の加圧室５ａと共有する
ことはなく、各加圧室５，５ａごとに溝４によって分断
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクオンデマンド型イ
ンクジェットに係り、特に多数のノズルを集積したマル
チノズルヘッド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクオンデマンド型マルチノズ
ルインクジェットヘッドには、特開平２ー１８７３５２
の様に、前記振動板の厚さ以内の溝を設けるものがあ
る。

【０００３】図１５に前記従来例の加圧室軸方向に対す
る垂直断面図を示す。流路基板１０に側壁３ａで分離さ
れた加圧室５，５ａ（５：説明上注目する加圧室，５
ａ：その他の加圧室）が形成され、振動板２、圧電素子
１が積層、接合されている。ここで、圧電素子１は複数
の加圧室５，５ａを覆う大判状のものを振動板２に接着
し、振動板２の厚さ以内の溝４ｃをダイシング等で形成
する際、同時にカットされ、各加圧室５、５ａに対応し
た状態に分離される。

【０００４】この構造は、溝４ｃによる側壁３ａ上の振
動板厚みの低減によって、変位効率（インク吐出効率）
の向上、並びに、加圧室５，５ａ相互の干渉（以後、ク
ロストーク）によるインク吐出不良、出力低下を改善し
ている。

【０００５】しかし、前記従来例の構造では、溝４ｃの
無いものに比べ、インク吐出効率、クロストークは改善
されるものの、充分な対策と云えるものではなかった。
特に、弾性率の低い流路基板材料の採用、並びに、高密
度化のための側壁３ａ幅の低減に対してクロストークの
改善効率は著しく低下していた。以下にその説明を図面
に基づいて行なう。

【０００６】図１６は、１つの圧電素子１を駆動した際
の加圧室５近傍の変形状態（図中に於て、点線で示す）
を示すものである。図からも分かるように、圧電素子１
を駆動することにより、振動板２（圧電素子１も含む）
だけが圧力室５側にたわむのではなく、実際には側壁３
ａも加圧室５側に倒れるように変形する。この振動板
２、及び側壁３ａの両者の変形よる体積変化（圧力変
化）で、ノズル（図１５、１６には図示せず）よりイン
クを吐出する。しかし、隣接する圧電素子１（図１６に
は図示せず）を同時に駆動すると、駆動圧電素子間に介
在する側壁３ａには両方の加圧室５，５ａ側に倒れよう
とする相反する２つのモーメント（実質的に相殺され
る）が働き、実質変形しない状態となる。又、側壁３ａ
が変形しないが故に振動板２のたわみ変形も抑制されて
しまう。この結果、隣接の圧電素子１を駆動した際に
は、側壁３ａの未変形による体積変化損失分、並びに振
動板２のたわみ変形損失分により、インク吐出能力は著
しく低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上が、実際のクロス
トークのメカニズムであり、クロストークの主要因は側
壁３ａの変形であると共に、インク吐出能力を左右する
のも、側壁３ａの変形効率である。即ち、従来例の構造
では、確かに振動板２はたわみ易くなっているものの、
側壁３ａに対する改善は成されていないため、インク吐
出効率の向上、クロストークの低減に対し、充分な対応
となるものではない。加えて、従来技術に於て、流路基
板１０（側壁３ａ）に弾性率の低い材質のものを用いた
り、流路の高密度化に伴い側壁３ａの幅を狭めたりする
と、側壁３ａの剛性が低く、変形し易いため、変位効率
（インク吐出効率）は向上するものの、クロストークに
関しては劣悪なものとなる。

【０００８】又、従来例の構造では、溝４ｃの切込み深
さがばらつくと、振動板２が薄いが故に、溝４ｃ深さに
対し切込み深さばらつき量は無視できるものではなく、
各ノズル間のインク吐出特性の均一化を困難なものにし
ていた。

【０００９】そこで、本発明はこの様な課題を解決する
ものであって、その主目的はクロストークレスと、イン
ク吐出効率の向上とを両立させ、インク吐出パターンに
左右されない安定した出力と信頼性を有する低入力イン
クジェットヘッドを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のインクジェットヘッドは、流路基板に形成
された各加圧室を分離する側壁に、前記加圧室の軸方向
沿った溝を設けたことを特徴とする。また、前記インク
ジェットヘッドを得るための製造方法としては、流路基
板と複数の加圧室上を覆う大伴の圧電素子を接合後、前
記溝を前記圧電素子側から形成することを特徴とする。
また前記インクジェットヘッド製造方法において、流路
基板の側壁にあらかじめ溝が形成されていることを特徴
とする。

【００１１】

【作用】本発明の前記の構造によれば、側壁が溝によっ
て各加圧室ごとに分離されるため、各圧電素子の駆動に
対して側壁が独立して変形できる。又、前記側壁は前記
溝によって分断され剛性が低下するため、入力に対する
変位効率は非常に向上する。

【００１２】

【実施例】本発明の第１の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００１３】図１は加圧室方向に対する概略垂直断面図
である。流路基板１０に側壁３で分離された加圧室５，
５ａが形成され、振動板２、圧電素子１が積層、接合さ
れている。また、側壁３は他の加圧室５ａと共有するこ
とはなく、各加圧室５，５ａごとに溝４によって分断さ
れている。ここで、圧電素子１、振動板２は複数の加圧
室５，５ａを覆う大判状のものを流路基板１０（部品段
階では溝４は無い）に積層、接合し、加圧室５，５ａの
底面の深さに達する溝４をダイシング加工、ワイヤーソ
ー加工等で形成する際、同時にカットされ、各加圧室
５，５ａに対応した状態に分離される。この同時加工に
よって、溝４を形成できると共に、圧電素子配列の精度
及び高密度化対応は加工機の送りピッチ、精度で決定で
きるため、非常に高密度、高精度の圧電素子配列が達成
できる。ちなみに、我々の試作に於ては、１５μｍ幅の
ダイシングブレードを用い、加圧室５，５ａ幅を７０μ
ｍ，側壁３幅を２８μｍに設定して、１８０ｄｐｉの分
解能を達成した。

【００１４】図２には、図１の構造において、各圧電素
子１を同時に駆動した際の変形図（変形状態は、図中で
点線で示す）を示す。図からも分かるように、注目する
加圧室５だけについてみれば、振動板２（圧電素子１も
含む）だけが圧力室５側にたわむのではなく、側壁３ａ
も加圧室５側に倒れるように変形しており、この振動板
２、及び側壁３ａの両者の変形よる体積変化（圧力変
化）で、ノズル（図示せず）よりインクを吐出する。こ
の際、側壁３幅が小さいため側壁３の加圧室５側への倒
れ変形は非常に大きく取れ、インク吐出効率が飛躍的に
向上する。又、隣接する加圧室５ａも含めて観ると、溝
４により側壁３が分断されているため、各々の側壁３は
双方の加圧室５，５ａ側に独立して変形できる。そのた
め、側壁３を介するクロストークは発生せず、インク吐
出パターンに左右されない安定した高出力を確保でき
る。又、溝４の切込み深さのばらつきによる側壁３の変
形への影響度は、全体的な溝４深さが深いために機械加
工によるばらつき程度であれば全く問題無い。（従来例
においては、薄い振動板２に対して溝４ｃを切り込んで
いるため、溝４ｃ深さに対する切込み深さばらつきは無
視できない。）加えて、本実施例の構造において、弾性
率の低い材料を流路基板１０に用いると、側壁３の剛性
を低く、少ない入力で大きな変位を得ることができ、且
つ、クロストークの心配もない。即ち、プラスチック成
形、感光性樹脂によるフォトプロセス形成等、コストの
低い材料、製造方法で流路基板１０を形成し、インク吐
出効率の向上と、クロストークレスを実現できる。

【００１５】次に、本発明の第２の実施例を図３で説明
する。

【００１６】構造的には第１の実施例において、溝４の
深さを加圧室５、５ａの底面まで切り込まずに、途中で
止めたものである。又、図４は図３の構造における、全
圧電素子１を駆動した際の変形図である。この図４の変
形図からも分かるように、溝４を設けた効果は、第１の
実施例と同様であり、この溝４の深さに関しては、溝４
加工時の切削時間、切削抵抗と、必要とするインク吐出
効率とを考慮し、設計的な観点から決定すれば良い。当
然の事ながら、溝４深さを加圧室５、５ａの底面よりも
より深く切り込んだ場合も前記の説明のごとく同様の効
果が得られる。

【００１７】図５、図６は、本発明の第１、第２の実施
例を圧電素子１側から見た上面図である。

【００１８】図５において、溝４の加圧室方向の切込み
長を、加圧室周辺のみに限定した例である。流路パター
ンは図中に点線で示しており、７はノズル、８はインク
供給部であり、インクは図示されないインク容器から、
図示されないインク経路部材を経てインク供給部８に至
る。又、図中の矢印はインク滴の吐出方向を示す。この
構造に於ては、溝４を加圧室周辺に止めているため、ノ
ズル７、インク供給部８の位置は、溝４、加圧室５、５
ａ（図５では図示せず）の延長上に限定しなくても良
い。例えば、図５は、ノズル７、インク供給部８は前記
延長上にある図を示したが、ノズル７を加圧室ピッチよ
り狭めた高密度に配置し、加圧室からノズル７へのイン
ク経路を引き回す等の流路パターンにも対応できる。

【００１９】図６は、溝４の加圧室方向の切込み長を、
流路基板１０の全域に延ばしたものであり、板厚方向の
みの送りで溝入れできるワイヤーソー加工等に適してい
る。図７は、図６の構造をノズル７側から見た概略斜視
図であり、ノズル前面も溝４により分割されている。こ
のノズル前面のノズル７を中心とした分割により、イン
ク吐出に際して、ノズル前面にインクが溜っても、その
インク溜り状態は溝４により分割され、各ノズル毎に均
一化される。即ち、ノズル前面の不均一なインク溜りに
よるインク滴の不安定飛行を防止できる。

【００２０】図８は、図６の構造でノズル７を流路基板
１０の両面に配置した高密度化、多ノズル化に対応した
例である。図に於て、上面と下面のノズルピッチは半ピ
ッチずらせてあるが、このずらせ量は限定の限りではな
い。又、流路基板１０は、１枚の基板で形成することに
限定せず、流路部を形成する部材と、板厚を確保する部
材の積層物であってもかまわない。尚、この両面形成
は、図５の構造でも対応可能である。

【００２１】次に、本発明の第３の実施例を図９、図１
０を用いて説明する。（図９は加圧室方向に対する概略
垂直断面図、図１０は圧電素子側から見た上面図）この
実施例の構造は、圧電素子１ａを除いては第１の実施例
と同等であり、圧電素子１ａが、図１０で示すように複
数の加圧室５、５ａに対応する櫛歯状の大判である。そ
して、図においては溝４が櫛歯状圧電素子１ａの根元で
止まった状態のものを示したが、前記根元を切断しても
構わない。この構造は、第１の実施例と同等の効果が得
られるのに加え、振動板２、側壁３に比べ、比較的硬度
の高い圧電素子１ａをほとんど切削しなくても良いた
め、切削抵抗、加工時間の低減といった生産技術的な効
果が望める。また、平板の圧電素子に比べ、振動板２の
うねり、反りに追従し易く、振動板２と圧電素子１ａ間
の接着厚み等を管理し易い。

【００２２】次に、本発明の第４の実施例を図１１を用
い説明する。（図１１は加圧室方向に対する概略垂直断
面図である。）流路基板１０には、あらかじめ（圧電素
子１、振動板２接合前）側壁３の間に溝４ｂが形成され
ている。振動板２、圧電素子１は流路基板１０に接合
後、ダイシング加工、ワイヤーソー加工等でカット（溝
４ａの形成）され、加圧室５、５ａに対応した状態に分
離される。図１２は溝４ａ加工時の様子を示した概略断
面図であり、６がダイシングブレードである。この構造
においては、上述の実施例と同様の効果が得られるのに
加え、溝４ａ加工時に、振動板２、圧電素子１のみ（側
壁３は介在しない）をカットすれば良いので、切削抵
抗、切削時間を大幅に低減できる。即ち、製造コストの
大幅な低減も実現できる。ちなみに、流路基板１０をプ
ラスッチク成形、感光性樹脂でのフォトプロセスで形成
する場合は、溝４ｂは一体で形成すれば良い。

【００２３】図１３は本発明の第５の実施例であり、本
発明の第４の実施例の構成において、櫛歯状圧電素子１
ａを用いたものである。また、図１４は、溝４ａ加工時
の様子を示したものである。（図１３、１４は加圧室方
向に対する概略垂直断面図である）この実施例の構造は、図１１での実施例と同等の効果が
得られるのに加え、実際に溝４ａ加工を施すのは、ほと
んどが振動板２だけであり、図１１の実施例以上に生産
技術的効果が大きい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
圧室を分離する側壁及び振動板に、加圧室の軸方向沿っ
た溝を設けることにより、クロストークレスと、インク
吐出効率の向上とを両立させ、インク吐出パターンに左
右されない安定した出力と信頼性を有する低入力インク
ジェットヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の加圧室方向に対する概
略垂直断面図である。

【図２】第１の実施例の圧電素子を駆動した際の変形図
である。

【図３】本発明の第２の実施例の加圧室方向に対する概
略垂直断面図である。

【図４】第２の実施例の圧電素子を駆動した際の変形図
である。

【図５】本発明の実施例を圧電素子側から見た上面図で
ある。

【図６】本発明の実施例を圧電素子側から見た上面図で
ある。

【図７】本発明の実施例をノズル側から見た概略斜視図
である。

【図８】本発明の実施例をノズル側から見た概略斜視図
である。

【図９】本発明の第３の実施例の加圧室方向に対する概
略垂直断面図である。

【図１０】第３の実施例を圧電素子側から見た上面図で
ある。

【図１１】本発明の第４の実施例の加圧室方向に対する
概略垂直断面図である。

【図１２】第４の実施例の溝加工時の様子を示した概略
断面図である。

【図１３】本発明の第５の実施例の加圧室方向に対する
概略垂直断面図である。

【図１４】第５の実施例の溝加工時の様子を示した概略
断面図である。

【図１５】従来例の加圧室方向に対する概略垂直断面図
である。

【図１６】従来例の構造の圧電素子を駆動した際の変形
図である。

【符号の説明】

１圧電素子１ａ圧電素子２振動板３側壁３ａ側壁４溝４ａ溝４ｂ溝４ｃ溝５加圧室５ａ加圧室６ダイシングブレード７ノズル８インク供給部１０流路基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡沢宣昭長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズルと各ノズルにそれぞれ連通
する加圧室を有するインク経路を形成した流路基板と、
圧電素子とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前
記各加圧室を分離する側壁に、加圧室の軸方向沿った溝
を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１のインクジェットヘッドの製造
方法であって、前記流路基板と複数の加圧室上を覆う大
判の圧電素子を接合後、前記溝を前記圧電素子側から形
成することを特徴とするインクジェットヘッド製造方
法。
【請求項３】請求項１のインクジェットヘッドの製造
方法であって、前記流路基板の前記側壁にあらかじめ前
記溝を形成した後、複数の加圧室上を覆う圧電素子を接
合することを特徴とするインクジェットヘッド製造方
法。