JPH06143561A

JPH06143561A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH06143561A
Application number: JP30263992A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Furuta; 達雄古田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【目的】圧力室壁２０の剛性を保ちつつ、高密度なノ
ズル開口部１１および圧力板３１の配置を可能とし、細
密で高品質な画像記録の行えるインクジェットヘッドを
得る。【構成】ノズル開口部１１側で広く、圧力板３１側で
狭い台形断面形状を持つ圧力室壁２０により、ノズル開
口部１１および圧力発生器の組を隣接する他の組から隔
離し、かつ圧力室２０を構成する。【効果】圧力板３１側で狭い底面を持つため、フィル
ム３０による圧電素子４０の変形を阻害する力が少な
い。また、ノズル開口部１１側で広いため、圧力室２１
内のインク圧力によって変形しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、
紙等に印字記録を行なうインクジェットヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧力室壁の形状は、例えば、ＵＳ
Ｐ４５８７５３４とか、特開昭５９−１３８４６８号公
報などに示され、ノズル形成部材側と、圧力発生器側で
同じ底面を持つ長方形断面であった。図７に従来の圧力
室壁形状を持つインクジェットヘッドの斜視図を示す。

【０００３】図７において、ノズル形成部材１０には、
複数のノズル開口部１１が配列され、ノズル開口部１１
には、それぞれ対応した圧力発生器５４０が配置されて
いる。圧力発生器５４０とノズル開口部１１とは、隣接
する圧力発生器５４０とノズル開口部１１とから、圧力
室壁５２０により隔離されている。また、圧力室壁５２
０は、圧力室２１を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、圧力室５２１の配置密度を上げられず、高密度
で高印字品質を得るインクジェットヘッドが製造できな
い、という問題点を有している。その問題点を図７に従
い説明する。

【０００５】高密度なインクドットの吐出は、精細な印
字品質を得るために必要である。高密度なインクドット
の吐出を実現するためには、ノズル開口部１１および圧
力発生器５４０の配置するピッチを狭めなくてはならな
い。これに従って、圧力室５２１の配置ピッチも同時に
小さくなる。

【０００６】圧力室５２１の配置ピッチは、圧力室５２
１幅および圧力室壁５２０厚みの加算されたものであ
る。つまり、圧力室５２１配置ピッチが小さくなると、
圧力室５２１の幅および圧力室壁５２０の厚みも減少す
る。

【０００７】さて、インク滴の吐出は、次のように行わ
れる。圧力発生器５４０が圧力を発生することにより、
圧力室５２１内のインク圧力を高め、ノズル開口部１１
からインク滴を吐出するものである。

【０００８】圧力発生器５４０が、圧力室５２１内のイ
ンク圧力を高めた時、インク圧力は、圧力室壁５２０
を、隣接圧力室５２１側へ押し出す働きもする。

【０００９】圧力室５２１配置ピッチが小さく、圧力室
壁５２０厚みが薄いと、インク圧力により、圧力室壁５
２０が圧力室５２１体積を増加させる方向へ変形を起こ
す。これは、即ち、本来インク吐出に寄与すべき圧力の
一部が失われることを示し、インク滴の吐出体積、吐出
速度を落し、印字品質を劣化させる。

【００１０】更に、圧力室壁５２０は、隣接圧力室５２
１との隔壁を兼ねる。吐出信号の与えられた圧力室５２
１の圧力室壁５２０がインク圧力で変形すると、その両
隣の圧力室５２１の体積が減少する。つまり、吐出信号
の与えられた圧力室５２１のインク圧力の損失は、隣接
圧力室５２１のインク圧力を高めるために使われる。甚
だしい場合は、吐出信号の与えられた圧力室に隣接する
圧力室５２１から、吐出信号を与えられないにもかかわ
らず、吐出することさえある。

【００１１】このような問題を回避するために、圧力室
壁５２０を厚くする方法が考えられる。しかし、圧力室
壁５２０を厚くすることは、圧力室５２１幅を狭くする
ことである。圧力室５２１幅が狭いと圧力発生器５４０
の幅も狭くなり、圧力発生器５４０が作り出す体積変化
が小さくなる。このため、インク圧力が十分上げられ
ず、良好なインク滴を得ることが困難である。

【００１２】以上のように従来の方法では、圧力室５２
１のピッチを高密度にすると、圧力室壁５２０の剛性が
下がり、インク圧力の損失と、隣接圧力室５２１のイン
ク圧力を高める。これらの問題は、いずれも、インク滴
により形成される画像品質を劣化させる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、圧力室壁をノズル側で広く、圧力発生器側で
狭い台形形状であることを特徴とする。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）図１に本発明の一実施例である、インクジ
ェットヘッドの主要断面図を示す。図１に従い説明す
る。

【００１５】ノズル形成部材１０には、複数のノズル開
口部１１が配置されている。ノズル形成部材１０には、
圧力室壁２０が連接し、フィルム３０に接合されてい
る。フィルム３０の一部は、厚肉の部分があり、これが
圧力板３１である。ノズル形成部材１０と、圧力室壁２
０と、フィルム３０と、圧力板３１とに囲まれた部分が
圧力室２１である。

【００１６】圧力板３１には、圧電素子４０が接着剤７
０により接合されている。圧電素子４０と、圧力板３１
と、フィルム３０とで、圧力発生器を構成している。

【００１７】圧電素子４０は、電圧印加により変位する
活性部４１と、電圧印加によっても変形しない不活性部
４２に分けられる。活性部４１は固定板５０より張り出
し、不活性部４２は固定板５０上の薄膜の電極５１に導
電接合されている。電極５１はフレキシブルプリント基
板６０により、駆動回路に接続されている。また、圧電
素子４０の固定板５０に接合されていない面には、共通
電極５２が導電接合され、やはり、フレキシブルプリン
ト基板６０を通じ駆動回路に接続する。

【００１８】動作について説明する。積層縦型の圧電素
子４０は電圧が印加されると、圧電効果により変形す
る。本実施例では、ｄ３１方向の変位を利用しているた
め、電圧印加により活性部４１は圧力板３１を固定板５
０側へ変位させる。

【００１９】図２に本実施例のインクジェットヘッド
の、待機状態の断面図を示す。待機状態において、圧電
素子４０は圧力板３１を変位させている。

【００２０】図３に本実施例のインクジェットヘッド
の、吐出状態の断面図を示す。駆動回路により吐出命令
を受け、電圧が解除されると、圧電素子４０は自然長に
復帰する。即ち圧力板３１は、圧電素子４０によりノズ
ル開口部１１側へ移動する。圧力室２１内のインクは、
圧力が高められ、一部がノズル開口部１１より、インク
滴９０として吐出される。

【００２１】吐出終了後、圧電素子４０には、再び電圧
が印加され、待機状態即ち、図２の状態に戻る。そし
て、インク滴９０により減じたインクが、圧力室２１に
供給され、次の吐出命令を待つ。なお、圧力室２１への
インクの供給は、図１における、共通流路２２から、供
給口２３を通じて行われる。

【００２２】図２に示す通り、圧力板３１の変位は、フ
ィルム３０の弾性変形により吸収される。従って、圧力
室壁２０が、フィルム３０に接合する面２０２は狭いこ
とが望ましい。これは、フィルム３０の範囲を広くとれ
ば、圧電素子４０の動きを規制する力が小さく、ため
に、圧電素子４０の変位量を大きくとることができるか
らである。

【００２３】しかしながら、圧力室壁２０が、フィルム
３０に接合する面２０２を底面とする長方形断面を持つ
と、圧力板３１の変位による、インク圧力の増加によ
り、隣接圧力室側へ変形をきたし、インク滴の吐出に影
響を及ぼす。

【００２４】これを防ぐため、圧力発生器の変位に影響
のある、面２０２を狭く、圧力発生器の変位に影響のな
い、ノズル形成部材１０側の接合面２０１を広く取る。
これにより、圧力室壁２０の剛性を高くとることがで
き、圧力室２０内のインク圧力の変動によっても変形を
しなくなった。

【００２５】図４に本実施例に使用した圧力室壁２０の
製造工程の概念図を示す。ステンレス、ニッケルなどの
金属で、ノズル開口部１１を形成したノズル形成部材１
０上に、ポリイミド樹脂をキャスティングにより成膜す
る。これに、第一のマスク２０１と第二のマスク２０２
を位置合わせした状態で重ねる。マスク２０１には、不
透明部分２２１と透明部分２１１がパターニングされて
いる。また、マスク２０２にも、不透明部分２２２と透
明部分２１２がパターニングされている。

【００２６】マスク２０１上より、波長２４８ナノメー
トルのエキシマレーザー光３０１を照射する。エキシマ
レーザー光３０１は、マスク２０１の透明部分２１１を
通過し、更に、マスク２０２の透明部分２１２を通過
し、ノズル形成部材１０上にキャスティングされたポリ
イミド樹脂に照射される。エキシマレーザー光３０１の
照射されたポリイミド樹脂は、アブレーションにより除
去され、マスク２０１およびマスク２０２通りに加工さ
れる。

【００２７】エキシマレーザー光３０１で、ポリイミド
樹脂の厚みの約半分を加工した時に、第一のマスク２０
１を光路より取り除く。更に、ポリイミド樹脂を貫通
し、ノズル形成部材１０が露出するまで、エキシマレー
ザー光３０１を照射する。

【００２８】以上のような簡単な工程で、二段付の圧力
室壁２０を含む、流路形成部材２４を得る。共通流路２
２と、圧力室２１は、ポリイミド樹脂が貫通している。
これは、共通流路２２と、圧力室２１にあたる部分が、
第一のマスク２０１と第二のマスク２０２のそれぞれ
が、透明部分２１１と透明部分２１２であるためであ
る。

【００２９】これに対し、共通流路２２から圧力室２１
にインクを導く流路２３は、マスク２０１では不透明部
分２２１で、マスク２０２では透明部分２１２にあたる
ため、ポリイミド樹脂が厚さの途中まで加工された状態
で残る。流路２３を形成するのは、インク吐出効率を上
げるために設計上必要な要件である。

【００３０】また、共通流路２２、流路２３、圧力室２
１を除く他の部分は、マスク２０１でも、マスク２０２
でも不透明部分にあたるため、全く加工されない。この
加工されな部分が、図１におけるフィルム３０と、接着
される部分となる。

【００３１】なお、エキシマレーザー光３０１は、エキ
シマレーザー装置から発振された、平行光を用いた。通
常このような平行光を用いた加工でも、レーザー光３０
１の入射側より、徐々に狭くなる方向に、片側で約２度
のテーパが付く。しかしながら、本実施例においては、
レーザー光３０１の照射エネルギー、発振周波数、照射
パルス数、ポリイミド厚さ、マスク形状などを調整し、
片側で１５度までのテーパ加工を行う条件を見いだし
た。

【００３２】このようにして製造した流路形成部材２４
を用いた、図１に示すインクジェットヘッドは、従来問
題となった吐出効率の悪化や、隣接圧力室と影響しあう
ことがなく、良好な画質を得ることができた。

【００３３】（実施例２）本発明の他の実施例について
説明する。最終的な構造は、図１に示すインクジェット
ヘッドと同等であるため、その製造方法の違いのみを述
べる。

【００３４】図５に本実施例の製造方法の概念図を示
す。成形型２３０は、流路形成部材２４と、凹凸がちょ
うど反対に形成されている。すでに形成されたノズル形
成部材１０に、成形型２３０を押し付け、残る空間に溶
融させたポリエーテルイミド樹脂を加圧導入する。成形
型２３０を冷却後、剥離することで、ノズル形成部材と
一体化した、流路形成部材２４を得る。

【００３５】このとき、ノズル形成部材１０は、ステン
レス、ニッケルなどの金属が好ましいが、ポリエーテル
イミド樹脂との密着力を向上させるため、プライマー処
理を施すか、または、表面に微細な凹凸をつける。

【００３６】また、成形型２３０を工夫することで、ノ
ズル形成部材１０をも、同時に成形することも可能であ
る。

【００３７】（実施例３）図６に本発明の他の実施例の
流路形成部材の、製造方法の概念図を示す。ノズル形成
部材１０上に、第一の感光性樹脂層２４１を成膜する。
パターニングされた第一のフォトマスク２０５の上か
ら、紫外線を照射する。ここで、第一の感光性樹脂層２
４１の中に形成される潜像は、供給口２３部分のみであ
る。

【００３８】第一の感光性樹脂層２４１の上に、第二の
感光性樹脂層２４２を成膜し、第二のフォトマスク２０
６を位置決めしやはり紫外線により潜像を形成する。こ
こでは、共通流路２２と、供給口２３と、圧力室２１を
除く部分に潜像を形成する。以上の工程を経たものを紫
外線で硬化された部分と、硬化されていない部分との選
択性の差異を利用して現像することで、流路形成部材２
４を得る。但し、溶剤に対する耐蝕性の向上のため、更
に紫外線への暴露、加熱などを施す場合がある。

【００３９】本実施例では、露光条件を、過剰気味に調
整することで、圧力室壁２０の台形断面を形成した。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、圧力
室壁の強度を落すことなく、高密度な圧力室の配置が可
能となる。従って、吐出命令を受けた圧力発生器が作り
出すインク圧力を、損失することがない。また、吐出命
令を受けた圧力室に隣接する圧力室への影響もない。

【００４１】このため、高密度な圧力室配置によって、
良好な画像品質が得られるインクジェットヘッドを製造
することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の主要断面斜視図。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの動作を説明す
る主要断面図。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの動作を説明す
る主要断面図。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの流路形成部材
の製造方法の概念図。

【図５】本発明のインクジェットヘッドの他の流路形成
部材の製造方法の概念図。

【図６】本発明のインクジェットヘッドの他の流路形成
部材の製造方法の概念図。

【図７】従来のインクジェットヘッドの主要斜視図。

【符号の説明】

１０ノズル形成部材１１ノズル開口部２０圧力室壁２１圧力室２２共通流路２３供給口２４流路形成部材３０フィルム３１圧力板４０縦型積層圧電素子４１圧電素子の活性部分４２圧電素子の不活性部分５０固定板５１固定板上の薄膜電極５２共通板６０フレキシブルプリント基板７０圧電素子と、圧力板を接合する接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズル開口部と、ノズル開口部に
対向する圧力発生器と、ノズル開口部と圧力発生器との
組を隣接する組から隔離し、圧力室を構成する圧力室壁
とからなるインクジェットヘッドにおいて、前記圧力室
壁の、ノズル開口部の並び方向かつインク吐出方向の断
面形状が、ノズル開口部側で広く、圧力発生器側で狭い
台形形状であることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。