JPH06297712A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

インクジェットヘッド及びその製造方法

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JPH06297712A
JPH06297712A JP9139693A JP9139693A JPH06297712A JP H06297712 A JPH06297712 A JP H06297712A JP 9139693 A JP9139693 A JP 9139693A JP 9139693 A JP9139693 A JP 9139693A JP H06297712 A JPH06297712 A JP H06297712A
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ink
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piezoelectric
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Hajime Mizutani
肇 水谷
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

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  • Ink Jet (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 幅広いインク種への対応性を持ち、長期的な
信頼性を備え、高速で印字可能なインクジェットヘッド
を提供すること。 【構成】 インク供給部に絶縁物のインク供給部基板8
を設けることにより、インク供給部流路15を形成す
る。インク供給部流路15はインク流路4と同時に形成
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6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10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、他端はノズルプレー
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】従来例のインクジェットヘッドのインク吐
出の動作を、図7を用いて説明する。
【0008】図7において、圧電側壁5は分極方向11
が異なる2個の圧電セラミックスにより形成されてい
る。
【0009】図7(a)は、圧電側壁5の両面に形成さ
れた電極10に、電気的駆動手段(図示せず)より電圧
パルスを印加していない状態を示している。図7(b)
において、電圧パルスを印加されると圧電側壁5は圧電
側壁の分極方向の逆転面にズリ変形し、インク流路4の
容積が減少することにより発生する圧力で、インク流路
4を満たすインクを、インク滴として吐出して印字を行
う。
【0010】上記の構造では、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おり、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。
【0011】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。
【0012】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。
【0013】
【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8、図9を用いて説明する。
【0014】図8は従来のインクジェットヘッドのイン
ク流路の断面図である。図8(a)は図6中のBB断面
図、図8(b)は図6中のCC断面図をそれぞれ示して
いる。
【0015】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、13は電極上端部である。
【0016】図8(a)に示す様に、上部基板に覆われ
たインク流路は、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
常に長くなり、電荷は集中しない。
【0017】しかし、図8(b)に示す様に、インク供
給部の流路4Aの電極10Aの電極上端部13Aは、隣
接する流路4B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ため、電極上端部13に最も電荷
が集中する。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】上記問題の解消のため絶縁層を厚く形成す
ると、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る。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。
【0021】さらに、別の問題として、図9に示す様
に、インク供給部が単なる部材の組み合わせで形成され
ており上部基板接合部17の箇所が滑らかでないため、
接合部に気泡がたまり易く、供給するインク流に乱流を
生じるため流路抵抗が大きいため、高周波数域での安定
したインク供給が困難である。
【0022】また、インク供給部流路の側壁は、上部に
支持体が無く剛性が無いため周波数追従性に劣り、より
高い周波数での吐出が困難であった。
【0023】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、
高速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。
【0024】
【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するインク
ジェットヘッドにおいて、前記インク供給部に絶縁物の
インク供給部流路を形成する、また、前記インク流路と
インク供給部流路を同時に加工することを特徴とする。
【0025】
【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。
【0026】まず図1、図2、図3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。
【0027】図1は本発明の一実施例のインクジェット
ヘッドの斜視図である。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は圧電側壁、6
は上部基板、7はインク供給口、8はインク供給部基
板、9はインク排出口、10は電極、13はインク供給
部流路、15は流路終端開口部、16は実装部電極であ
る。ここでは絶縁層は図示していない。
【0028】図2は本発明の一実施例のインクジェット
ヘッドのインク供給部の断面図である。図1中のAAの
断面を示す。1は圧電基板、4はインク流路、5は圧電
側壁、7はインク供給口、8はインク供給部基板、12
は絶縁層、13は電極上端部、14はインク供給部流路
である。
【0029】図3は、本発明のインクジェットヘッドの
インク流路の断面を示した図である。
【0030】1は圧電基板、4はインク流路、5は圧電
側壁、7はインク供給口、8はインク供給部基板、12
は絶縁層、13は電極上端部、14はインク供給部流
路、15は流路終端開口部、17は上部基板接合部であ
る。
【0031】図1に示すとおり、本発明のインクジェッ
トヘッドでは、流路終端開口部15上に、さらに絶縁物
で形成したインク供給部基板8を接着し、インク供給部
流路14を設けてある。
【0032】図2に示すように、インク流路4の形状に
合ったインク供給部流路14を持つ厚さ1mmのインク
供給部基板を設けることにより、従来71μmであった
隣接する電極間距離は約2mmとなり、従来の約30倍
の抵抗値が得られた。これにより、絶縁層の劣化を低減
でき、ヘッドの耐久性が向上した。
【0033】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、絶縁層の厚さを変えること無く可能となった。
【0034】さらに、インク供給部の圧電側壁5の上部
のインク供給部基板が駆動の支持体として機能すること
により、供給部の圧電側壁5に剛性が得られ、周波数追
従性が増した。
【0035】同時に、図3に示す様に、インク供給部流
路14の形状を滑らかにする事により、インク供給の流
路抵抗が減少し、気泡がたまりにくくなったため、安定
したインク供給が可能となった。
【0036】上述の2つの効果により、より高い周波数
域でのインク滴の安定な吐出が可能となった。
【0037】図4、図5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斜視図である。
【0038】以下に本発明の製造方法を詳細に説明す
る。
【0039】対抗する分極方向で貼り合わされた圧電
基板1に、図4(a)に示す様にインク供給部基板8を
ワックス等の容易に除去可能な方法で固定する。インク
供給部基板8はガラス、アルミナ等の絶縁物を用いる。
【0040】図4(b)に示す様に、ダイシングソー
等により、溝幅70μm、直線部長さ8mmのインク流
路4を、141μm幅毎に形成する。円形の切削板を流
路終端開口部15で切り上げることにより、インク流路
4からインク供給部流路14にかけて滑らかな形状が得
られる。
【0041】図5(a)に示す様に、インク供給部基
板8を取り外し、真空蒸着等により電極10を形成す
る。電極10はNi−Crを1.0μm、Auを0.5
μm形成する。圧電基板1の上面の不要な電極を除去
し、実装部電極16を得る。
【0042】図5(b)に示す様に、圧電側壁5が形
成された圧電基板1に上部基板6とインク供給部基板8
を接着する。接着剤は流れ出しの少ないものが好まし
い。
【0043】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。)の絶縁層を
形成する(図示せず)。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。
【0044】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。
【0045】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。
【0046】上記製造方法によれば、圧電基板1とイン
ク供給部基板8の溝加工が同時に可能で、インク供給口
7の形状を、インク流路終端開口部15と完全に合致し
た形状で得ることが可能である。これにより、高精度の
インク供給部流路を得ることが容易に可能である。
【0047】
【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、高速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を示す斜視図。
【図2】本発明のインクジェットヘッドの供給部の断面
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】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示
す斜視図。
【図5】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示
す斜視図。
【図6】従来のインクジェットヘッドを示す斜視図。
【図7】従来のインクジェットヘッドの吐出動作を示す
インク流路の断面図。
【図8】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9】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 6 上部基板 7 インク供給口 8 インク供給部基板 10 電極 12 絶縁層 13 電極上端部 14 インク供給部流路 15 流路終端開口部 17 上部基板接合部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B41J 2/16 9012−2C B41J 3/04 103 H

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するイ
    ンクジェットヘッドにおいて、 前記インク供給部に絶縁物のインク供給部流路を配設し
    たことを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の構成のインクジェットヘ
    ッドにおいて、 前記インク流路とインク供給部流路を同時に加工するこ
    とを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
JP9139693A 1993-04-19 1993-04-19 インクジェットヘッド及びその製造方法 Expired - Lifetime JP3116650B2 (ja)

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US6164764A (en) * 1997-09-25 2000-12-26 Nec Corporation Solid-state actuator and ink jet head

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