JPH06278278A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インク供給部の流路表面の絶縁層を厚くする
ことにより、長期信頼性の向上、駆動電力の低下を得
る。 【構成】 インク供給部の圧電側壁５の電極１０上に形
成した絶縁層１２を、他のインク流路の電極１０上の絶
縁層１２よりも厚く形成する。また、電流密度の高い電
極上端部１３上の絶縁層１２をより厚く形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに
関する。更に詳しくは、インク液滴を選択的に記録媒体
に付着させるインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年インクジェットプリンタは高速印
字、低騒音、高印字品位等の利点から、急速に発展して
いる。一般的方式として圧電材料を使用して、インクチ
ャンバー内に圧力パルスを発生させ、ノズルからインク
滴を吐出させるものがある。

【０００３】しかしながら、この方式は圧電材料の効率
が低いため、インクジェットヘッド自体が大型化する。
また製造工程が複雑となり、大量生産に適さず、結果的
に高価なものとなる。さらにノズル配列の高密度化が困
難なため、高印字品位を得にくい。これらの課題がある
為、広く普及するには至っていない。

【０００４】この方式の課題を解決する方法として、特
開昭６３−２４７５０１号公報に、ノズルの並び方向に
互いに間隔を有する複数の平行な長方形の断面積の流路
を有し、前記流路の側壁の一部または全表面に電極が形
成され、前記側壁はその一部または全体が圧電材料で構
成され、前記側壁が流路の並び方向に平行な変形をし、
前記流路内の圧力を変化させて、インク滴を流路の一端
に形成し、吐出せしめるインクジェットヘッドが提案さ
れている。

【０００５】図５は従来のインクジェットヘッドの構成
を示す斜視図である。１は圧電基板、２はノズルプレー
ト、３はノズル、４はインク流路、５は圧電材料からな
る側壁（以下、圧電側壁と略す）、６は上部基板、７は
インク供給部、９はインク排出口、１５は流路終端開口
部、１６は実装部電極である。

【０００６】このインクジェットヘッドは互いに平行な
インク流路４が多数形成されている。インク流路４は、
圧電基板１に形成された溝と上部基板６より構成され、
その断面形状は長方形である。圧電側壁５の表面には電
極が形成されている。インク流路４の一端は、スリット
状のインク排出口９に接続し、ノズルプレート２に形成
されたノズル３に接続する。また、インク流路４の他の
一端はインク供給部７に接続され、各インク流路４に対
応する流路終端開口部１５、インク供給部７を経て、イ
ンク貯蔵タンク（図示せず）に接続している。

【０００７】上記の構造のままでは、インク流路表面に
電極が露出し、直接インクと接する構造となっているた
め、電導度の高い液体の吐出が不可能である。そのた
め、電導度の低いインク、例えば油系のインクを用いて
いた。

【０００８】しかし、油系インクは水系インクに比し
て、印字のにじみが大きく、ノズルに目詰まりを起こし
易いため、充分な印字品質が得られない。また、有害
性、危険性を伴う等の欠点を持つ。

【０００９】そこで、従来技術では、圧電側壁の駆動電
極上に絶縁層を形成し、印字品質、安全性が良好な水系
のインクを使用すること提案している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の課題につい
て、図６、７を用いて説明する。

【００１１】図６は従来のインクジェットヘッドのイン
ク流路のインク供給部の断面図である。

【００１２】図中、１は圧電基板、４はインク流路、５
は圧電側壁、１０は電極、１１は分極方向、１２は絶縁
層である。

【００１３】インク流路の他の部分は、図７に示すよう
に完全に隣接流路の電極と隔絶されているため、供給部
を経てインクを介した電極間の距離は非常に長くなって
いる。しかし、図６に示すようにインク供給部の流路４
Ａの電極１０Ａの電極上端部１３Ａは、隣接する流路４
Ｂの電極１０Ｂとの間の距離がインクを介して最も近接
している。そのため、電極上端部１３に最も電荷が集中
する。

【００１４】このため、長時間のインク吐出により、電
極上端部１３から電流漏洩が生じ、導電性の高い水系イ
ンクを使用する場合、インク中への電流の漏洩により、
インクの電気分解による気泡、電極の溶解、実効電圧の
低下等により吐出不能となった。

【００１５】また、インク滴吐出に支障の無い微量の電
流漏洩でも、長期に渡る使用により、電極の腐食やイン
クの変質に起因して性能が低下し、ドット抜け等の問題
が生じた。

【００１６】また上記問題の解消のため絶縁層を厚く形
成したが、圧電側壁駆動の負荷が増し、効率の低下によ
り駆動電圧を増加する事が必要となった。また、絶縁層
を厚くしたことでさらに電極上の電流密度が増加し、ヘ
ッドの耐久性を低下させることになった。

【００１７】本発明はかかる問題を解決するもので、幅
広いインク種の対応性を持ち、長期的な信頼性を備え、
低電力で印字可能なインクジェットヘッドを安価に提供
することを目的とする。

【００１８】

【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、流路と前記流路に配接されたインクを吐出せ
しめるノズル面と複数の流路で共有するインク供給部を
有し、前記流路の一部または全体が圧電材料で構成さ
れ、前記流路のインクに接する面に前記圧電材料の駆動
用の電極を有し、前記電極のインクに接する面の全面を
絶縁物で被覆しているインクジェットヘッドにおいて、
前記供給部の流路に形成した絶縁層の厚さが他の流路部
分に形成した絶縁層より厚い、あるいは、前記供給部の
流路に形成した絶縁層を複数の工程で形成することを特
徴とする。

【００１９】

【実施例】以下に図面を用いて本発明を説明が、本発明
は以下の実施例に限定されるものではない。

【００２０】まず図１に本発明のインクジェットヘッド
の一例を示し、構造を説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施例のインク流路の断
面図である。図１（ａ）はインク供給部７のインク流路
の断面図、図１（ｂ）は上部基板６が取り付けられてい
る部分のインク流路の断面図である。

【００２２】図中、１は圧電基板、４はインク流路、５
は圧電側壁、１０は電極、１２は絶縁層である。

【００２３】図１（ａ）に示すとおり、本発明のインク
ジェットヘッドでは、インク供給部７の圧電側壁５の電
極１０上に形成した絶縁層１２を、図１（ｂ）に示した
インク流路の電極１０上の絶縁層１２よりも厚く形成し
ている。また、電流密度の高い電極上端部１３上の絶縁
層１２をより厚く形成することにより、絶縁層の劣化が
低減し、耐久性が向上した。

【００２４】従来では、１ノズル当たり３億ドット程度
の印字から徐々に絶縁性が低下し、電極間の抵抗値が低
下していたが、本発明によれば５億ドット以上の印字で
も、電極間の抵抗値に低下はなく、長期に渡る安定な印
字が可能となった。

【００２５】さらに、インク供給部の圧電側壁５の駆動
により発生する圧力は、溝の開放方向（図中、溝の上方
向）に発散するため、供給部の圧電側壁５上の絶縁膜１
２を厚くすることによるインク滴吐出への影響は全く無
く、吐出性能の低下は生じなかった。

【００２６】むしろ、供給部流路のインクの流路抵抗が
増加したため、インク吐出のための発生圧力をノズル方
向に集中させることになり、従来より低い駆動電圧での
インク滴の吐出が可能となった。

【００２７】図２は、本発明の一実施例のインクジェッ
トヘッド製造方法を示すインク流路のインク供給部７の
断面図である。

【００２８】以下に本発明の製造方法を詳細に説明す
る。

【００２９】対抗する分極方向（矢印１１）で貼り合
わされた圧電基板１に、ダイシングソー等により、溝幅
80μmの圧電側壁５を形成し、真空蒸着等により電極１
０を形成する。電極１０はＮｉ−Ｃｒを1.0μm、Ａｕを
0.5μm形成する。圧電側壁５は他にワイヤーソー等を用
いて加工することも可能である。

【００３０】次に圧電基板１の上面の不要な電極を平
面研磨により除去し、平坦な上部基板接着面２０を得
る。

【００３１】圧電側壁５が形成された圧電基板１に上
部基板６を接着する。（図示せず。）接着剤は流れ出し
の少ないものが好ましい。インク供給部７のインク流路
断面形状は図２（ａ）と変わらない。

【００３２】熱分解ＣＶＤ（化学蒸着）法によりポリ
パラキシリレン（以下、ＰＰＸと称する。）の絶縁層１
２Ａを形成する。ＰＰＸは回り込み性が良好であるた
め、流路内の表面全面にほぼ均一な成膜が可能である。
このとき絶縁層の不要な部分にはマスキングを行い絶縁
層の形成を防ぐ。インク流路断面は図２（ｂ）の様にな
る。

【００３３】さらに同様な方法を用いて、ポリクロロ
パラキシリレン（以下、ＰＰＸ−Ｃと称する。）の絶縁
層１２Ｂを形成する。ＰＰＸ−Ｃには、ＰＰＸに比較
し、成膜の均一性に劣るため、供給部の他の流路表面に
はほとんど成膜せず、図２（ｃ）に示すとおり、インク
供給部７の電極上部端１３上に最も厚く成膜する。

【００３４】上部基板６を有するインク流路の断面形状
は、図３に示すとおりである。

【００３５】圧電基板１、上部基板６の端面にノズル
プレートを接着する。

【００３６】インク供給手段、印加パルスを発生する
駆動手段と接続する。

【００３７】以下に、熱分解ＣＶＤ法による絶縁層の形
成方法を図４を用いて詳細に説明する。

【００３８】図４は熱分解ＣＶＤ装置の構成を示したも
のである。図中、１は圧電基板、６は上部基板、３１は
気化器、３２は熱分解室、３３は蒸着室である。

【００３９】絶縁層の形成方法は以下の通り行う。

【００４０】化１の絶縁層の原料物質となるジパラキ
シリレンを気化室３１中で、１Torr、１７５℃で加熱、
気化させ、熱分解室３２に導入する。ジパラキシリレン
は室温で二量体の固体である。

【００４１】

【化１】

【００４２】導入したジパラキシリレンを熱分解室３
２中で、６８０℃に加熱、０．５Torrに減圧し、化２に
示す、ジラジカルパラキシリレンとする。

【００４３】

【化２】

【００４４】ジラジカルパラキシリレンを室温、０．
１Torrの蒸着室に導入し、基板１への吸着と、重合を
し、化３に示すＰＰＸとして流路を含む基板全面への有
機絶縁層を形成する。

【００４５】

【化３】

【００４６】上記に示した通り、真空中に反応性分子を
導入することにより流路を含めた被着体上の全てに反応
性分子が行き渡る。ＤＰＸの場合、被着体上で重合する
確立が極めて低く、そのため、流路の内外を問わず分子
濃度が一定となる。このことにより、被着体上全てに均
一な高分子膜を形成することが可能で、本実施例ではイ
ンク流路表面全てに均一な層が得られる。

【００４７】ＤＰＸ−Ｃの場合は、ＤＰＸに比較して被
着体上で重合反応の起こる確立が高いため、流路内での
分子濃度が低くなり、外部に接する面の膜厚が流路内に
比較して厚くなる。

【００４８】上記２つの膜材質を用いることにより、供
給部のみの絶縁層の膜厚を厚くすることが可能となっ
た。

【００４９】他の製造方法として、以下の方法も可能で
ある。

【００５０】溝、電極を形成した後に、ＣＶＤ、スパ
ッタリング法により、窒化珪素、酸化珪素等の無機膜、
あるいはスピンコート、ディッピング法により、樹脂膜
を形成する。

【００５１】上部基板を圧電基板に接着する。

【００５２】接着後にＣＶＤ、スパッタリング等によ
り膜を形成することにより、インク供給のインク流路に
のみ、絶縁層を厚く付けることが可能であり、前述の熱
分解ＣＶＤを用いた場合と同様の構成のインクジェット
ヘッドの製造が可能である。

【００５３】上記製造方法によれば、駆動に関与する流
路部分の絶縁層の膜厚は均一なままで、供給部のみの膜
厚を厚くすることが可能であり、吐出特性を損なうこと
無く絶縁耐久性の向上が可能である。

【００５４】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッド及びその
製造方法によれば、絶縁信頼性、駆動電圧の低下が得ら
れ、幅広いインク種の対応性を持ち、長期信頼性を備え
た低電力で印字可能なインクジェットヘッドを安価に提
供することが可能である。

【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インク供給部
の断面図。

【図２】本発明のインクジェットヘッド製造方法を示す
インク供給部の断面図。

【図３】本発明のインクジェットヘッドのインク流路の
断面図。

【図４】絶縁層形成装置の構成を示す概略図。

【図５】インクジェットヘッドの構成を示す斜視図。

【図６】従来のインクジェットヘッドのインク供給部の
断面図。

【図７】従来のインクジェットヘッドのインク流路の断
面図。

【符号の説明】

１ 圧電基板 ４ インク流路 ５ 圧電側壁 １０ 電極 １１ 圧電側壁の分極方向 １２ 絶縁層 １３ 電極上端部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路と前記流路に配接されたインクを吐
   出せしめるノズル面と複数の流路で共有するインク供給
   部を有し、前記流路の一部または全体が圧電材料で構成
   され、前記流路のインクに接する面に前記圧電材料の駆
   動用の電極を有し、前記電極のインクに接する面の全面
   を絶縁物で被覆しているインクジェットヘッドにおい
   て、 前記インク供給部の流路に形成した絶縁層の厚さが他の
   流路部分に形成した絶縁層より厚いことを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 流路と前記流路に配接されたインクを吐
   出せしめるノズル面と複数の流路で共有するインク供給
   部を有し、前記流路の一部または全体が圧電材料で構成
   され、前記流路のインクに接する面に前記圧電材料の駆
   動用の電極を有し、前記電極のインクに接する面の全面
   を絶縁物で被覆しているインクジェットヘッドにおい
   て、 前記供給部の流路に形成した絶縁層を複数の工程で形成
   することを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。