JPH06336009A - インクジェットヘッド等のコントロールノズル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ノズル間隔を小さくしてマルチノズルを作製
し易く尚かつ容易に低コストで製作できるようにする。 【構成】 絶縁性のコントロールノズル基板１０ａの表
面と裏面に導電性金属の層２６，２７を形成し、少なく
とも１つのコントロールノズル基板１０ａの端面２１の
一辺に切欠き２０を形成すると共にその端面２１の全面
に発熱体４の層を形成し、切欠き２０内の発熱体４を残
して端面２１上の発熱体４の層を取り除く。コントロー
ルノズル基板１０ａを少なくとも１つ含む２枚以上のコ
ントロールノズル基板１０ａ，１０ｂを互いに端面２
１，２１同士を突き合わせて接合し、その後エッチング
処理によってコントロールノズル５の穴の周囲の導電性
金属層２１を個別電極１４として残すと共にこれら複数
のコントロールノズル基板１０ａ，１０ｂ上の個別電極
１４，１４を接続する導電性薄膜２５，２５を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばインクを吐出さ
せて印字または画像記録を行うインクジェットヘッド等
のコントロールノズル及びその製造方法に関する。更に
詳述すると、本発明は、例えば熱融解性インク（一般に
固形インクとも呼ばれている油性インク）を吐出するイ
ンクジェットヘッド等のコントロールノズル部分の改良
とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱融解性インクを用いるインクジェット
ヘッドの小型化を目的としたマルチノズル記録方式が特
公昭62-41112号に開示されている。このインク噴射方法
は、図６に示すように、共有のインクタンク１０１に複
数のノズル１０２をそれぞれ開口すると共に各ノズル１
０２に冷却及び加熱手段としてのペルチエ素子１０３，
…，１０３を設け、ペルチエ素子１０３によって構成さ
れたノズル１０２の吐出口を加熱あるいは冷却してイン
クを吐出させるノズルを選択するようにしている。イン
ク１０４は共有のインクタンク１０１において常時加熱
融解され、ノズル１０２のペルチエ素子１０３部分にお
いて個々に固化されノズル１０２を塞いでしまうように
設けられている。このマルチノズルヘッドはヘッド全体
を圧電素子あるいは超音波振動子から成る励振素子１０
５によってインクタンク１０１を圧力励振する一方、吐
出させようとするノズル１０２のペルチエ素子１０３の
通電極性を変えることによって対応するノズル１０２を
塞いでいるペルチエ素子１０３内の固形インクを加熱し
て吐出させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６の
マルチノズルヘッドでは、１つの共有インクタンク１０
１に連通する多数のノズル１０２の吐出口周りにペルチ
エ素子１０３を配置するため、ノズル間隔を小さく設定
することができず、ヘッドの小形化には限界がある。ま
た、ペルチエ素子１０３によって直径数十μｍのノズル
吐出口を構成することは容易でないしコスト高となる。

【０００４】本発明は、ノズル間隔を小さくしてマルチ
ノズルを作製し易く尚かつ容易に低コストで製作できる
インクジェットヘッド等のコントロールノズル及びその
製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、表面に発熱体層を形成した切欠きを端面
に設けた絶縁性のコントロールノズル基板を少なくとも
１枚含み、２枚以上の絶縁性のコントロールノズル基板
を互いの端面同士を突き合わせて接合し、その突き合わ
せ面の間の切欠きでノズルを形成している。ここで、切
欠きは、突き合わせるコントロールノズル基板の双方に
設けたり、片側にのみ設けるようにしても良い。また、
切欠きの形状はＶ字形、矩形、半円形、楕円形などの任
意の形状とできるが、より好ましくはＶ字形とすること
である。また、本発明のコントロールノズルは、絶縁性
のコントロールノズル基板の表面と裏面に導電性金属の
層を形成する一方、少なくとも１つのコントロールノズ
ル基板の端面の一辺に切欠きを形成すると共にその端面
全面に発熱体の層を形成し、切欠き内の発熱体を残して
端面上の発熱体の層を取り除き、このようにして得られ
たコントロールノズル基板を少なくとも１つ含む２枚以
上のコントロールノズル基板を互いに端面同士を突き合
わせて接合し、その後エッチング処理によってコントロ
ールノズルの穴の周囲の導電性金属層を個別電極として
残したことを特徴とする。

【０００６】そして、このようなコントロールノズルの
製造は、絶縁性のコントロールノズル基板の表面と裏面
に導電性金属の層を形成する一方、少なくとも１つのコ
ントロールノズル基板の端面の一辺に切欠きを形成する
と共にその端面全面に発熱体の層を形成し、切欠き内の
発熱体を残して端面上の発熱体の層を取り除き、このよ
うにして得られたコントロールノズル基板を少なくとも
１つ含む２枚以上のコントロールノズル基板を互いに端
面同士を突き合わせて接合し、その後エッチング処理に
よってコントロールノズルの穴の周囲の導電性金属層を
個別電極として残すと共にこれら複数のコントロールノ
ズル基板上の個別電極を接続する導電性薄膜を形成する
ことを特徴としている。

【０００７】

【作用】したがって、発熱体層は絶縁性のコントロール
ノズル基板の表面に形成されてから突き合わされること
によって、コントロールノズル基板を貫通するように形
成される。即ち、コントロールノズルの内周面の全面が
発熱体によって被われ、発熱体によってノズル孔が形成
される。しかも、発熱体層はコントロールノズル基板の
端面に形成されるため、スパッタリングや真空蒸着など
の薄膜形成技術によって膜厚などを精密に管理して抵抗
値などのばらつきの小さな状態で容易に形成される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【０００９】図１に本発明のコントロールノズルの一実
施例を示す。この実施例は、表面に発熱体の層（以下単
に発熱体という）４を形成した切欠き２０を各端面２
１，２２，２３，２４に設けた３枚の絶縁性のコントロ
ールノズル基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃを突き合わせ、
それらの突き合わせられた端面２１，２２，２３，２４
の間の切欠き２０，２０で千鳥状に配列されたＮ個のコ
ントロールノズル５を形成したものである。

【００１０】コントロールノズル５は、表面に発熱体４
を形成した切欠き２０を端面２１，２２，２３，２４に
設けた少なくとも１枚のコントロールノズル基板１０ａ
（あるいは１０ｂないし１０ｃ）を含み、２枚以上のコ
ントロールノズル基板を互いの端面同士を突き合わせて
接合し、その突き合わせ面の間の切欠きでノズルを形成
するようにしている。本実施例の場合、中央のコントロ
ールノズル基板１０ｂについては両端面５，６に切欠き
２０を設けることによって、３枚のコントロールノズル
基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃで２組のコントロールノズ
ル列を形成するようにしている。ここで、対向するコン
トロールノズル基板例えば１０ａと１０ｂの端面２１，
２２あるいは１０ｂと１０ｃの端面２３，２４にはそれ
ぞれ切欠き２０と発熱体４が設けられているが、これに
特に限定されず、図５の（Ａ）に示すように突き合わせ
られる端面のいずれか一方にのみノズル口となる切欠き
２０を形成したり、図５の（Ｂ）に示すように互い違い
に形成したりすることもある。また、切欠き２０の形状
は、特に限定されるものではなく、半円形状でも半楕円
形状あるいは矩形Ｖ字形状などのいずれの形状でも良い
が、Ｖ字形であることが好ましい。Ｖ字形の切欠きとす
る場合、その上に発熱体４をスパッタリングや真空蒸着
などによって形成する場合に、膜厚や膜質などを均一に
することが容易であると共に、成膜作業が容易である。

【００１１】各コントロールノズル基板１０ａ，１０
ｂ，１０ｃは、コントロールノズルを構成するに適した
絶縁性の材料例えばアルミナセラミックス板などによっ
て構成されている。これらコントロールノズル基板１０
ａ，１０ｂ，１０ｃは、各端面２１と２２，２３と２４
を突き合わせた状態で接合される。接合は例えば溶融ガ
ラスなどによって行われる。そして、各コントロールノ
ズル基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃの表面の切欠き２０の
周りに形成された個別電極１４同士が２枚のコントロー
ルノズル基板間１０ａと１０ｂあるいは１０ｂと１０ｃ
に跨るように形成される導体箔２５によって導通がとら
れている。また、導体箔２５を形成せずに分割された個
別電極１４からそれぞれパターンを引き出して駆動ＩＣ
等に接続することもできる。尚、図示していないが、コ
ントロールノズル基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃの裏面側
には共通電極が形成され、任意の個別電極１４に通電さ
れたとき該当するコントロールノズル５の発熱体４のみ
が発熱するように設けられている。

【００１２】このような構成のコントロールノズルは例
えば図２に示すような製造方法によって形成される。ま
ず、ノズルを構成するに適した材料例えばセラミックス
の基板１０ａ，１０ｂを２枚用意し［図２の（Ａ）参
照］、その両面にＣｕなどの導電性金属の層２６，２７
を形成する［図２の（Ｂ）参照］。そして、少なくとも
一方のコントロールノズル基板例えば基板１０ａの１つ
の端面２１をＶの字形にカットして切欠き２０を形成し
［図２の（Ｃ）参照］、その上からタングステン等の発
熱体４をスパッタリングなどの薄膜形成技術によって形
成する［図２の（Ｄ）参照］。尚、一方のコントロール
ノズル基板１０ａの図示しかしていないが、本実施例の
場合、同時に他方のコントロールノズル基板１０ｂにつ
いても切欠き２０と発熱体４の成膜は行われる。このと
き、Ｖ字形の切欠き２０の表面の発熱体４をサンドブラ
ストなどで荒らし粗面とする。次いで、切欠き２０部分
のタングステン・発熱体を残して端面２１上のタングス
テンを研磨して取り除く［図２の（Ｅ）参照］。このよ
うにして得られた２枚の基板１０ａ，１０ｂを図２の
（Ｆ）に示すようにＶ字形の切欠き２０，２０同士が向
かい合うように突き合わせてガラスなどで接着する（ガ
ラスボンディング）。そして、両基板１０ａ，１０ｂの
一面をエッチング処理することによって切欠き２０，２
０を突き合わせることによって構成されたコントロール
ノズル５の孔の周囲に個別電極１４と配線パターン１５
を残す［図２の（Ｆ）参照］。そして、２枚の基板１０
ａ，１０ｂが突き合わされた部分の個別電極１４及び裏
面側の共通電極２７上に２枚の基板１０ａ，１０ｂを跨
ぐように導電箔２５，２８を形成して２枚の基板１０
ａ，１０ｂの個別電極１４と発熱体４及び共通電極２７
同士を電気的に接続する。

【００１３】図３に本発明のコントロールノズルを利用
したインクジェットヘッドの一例を示す。このインクジ
ェットヘッドは、熱融解性インクを常時溶融させて貯留
する共有インクタンク１と、この共有インクタンク１内
の溶解インク９ｒを吐出方向に加圧する加圧手段２と、
共有インクタンク１にそれぞれ連通しインクを常時溶解
状態で貯留してそれを圧力が加えられたときにのみ吐出
させる複数の吐出ノズル３と、個別に温度制御可能な発
熱体４を有し共有インクタンク１と吐出ノズル３の間に
配置されて共有インクタンク１内から供給される溶解イ
ンク９ｒを固化させて貯留するコントロールノズル５と
から構成されている。

【００１４】共有インクタンク１内に貯留される溶解イ
ンク９ｒは、共有インクタンク１内の溶解インク９ｒに
触れる面、例えば図示のように加圧手段２の内面に貼着
された面ヒータ６などで常時一定温度に加熱されて溶融
状態を保っている。

【００１５】また、吐出ノズル３に貯留される溶解イン
ク９ｒは、吐出ノズル３を設けた吐出ノズル基板１１そ
のものを吐出口３ａ付近に敷設したヒータ線１３などで
加熱することによって常時一定温度の溶融状態に保たれ
ている。勿論、共有インクタンク１内及び吐出ノズル３
におけるインク加熱は上述の方法に限定されず、吐出ノ
ズル３の内面やインクタンク１そのものの内面にヒータ
を配設したり、ノズルやタンク内にヒータを配置するよ
うにしても良い。また、コントロールノズル５でのイン
クの固化を容易な状態とするため、コントロールノズル
５を設けたコントロールノズル基板１０と常時加熱され
ている共有インクタンク１及び吐出ノズル３を設けたプ
レート１１との間には断熱材７，８が介在されてこれら
の間が熱的に遮断されている。

【００１６】一方、コントロールノズル５を設けたコン
トロールノズル基板１０には放熱板１２を直接連結する
ことが好ましい。コントロールノズル５の発熱体４は特
に限定されるものではないが、好ましくはノズル内周面
全面に形成され、発熱体４の発熱により固形インク９ｓ
の発熱体と接触している面のみが溶解して固形インク９
ｓのまま吐出ノズル３内へ押し出されるように設けられ
ている。

【００１７】また、加圧手段２としては特に限定される
ものではないが、従来一般的なピエゾ素子や振動板ある
いは音叉のような共振作用を利用した振動手段、遠心力
を利用した圧力付与手段等の公知の加圧手段の全ての使
用が可能であり、中でも共振作用を利用することが好ま
しい。

【００１８】以上のように構成されたインクジェットヘ
ッドによると、コントロールノズル５の発熱体４への通
電がインクを溶解させるに十分でない状態に温度制御さ
れていれば、共有インクタンク１からコントロールノズ
ル５内へ供給された溶解インク９ｒは固化し、コントロ
ールノズル５を詰まらせる［図３の（Ａ）参照］。この
ため、加圧手段２によって共有インクタンク１内の溶解
インク９ｒが加圧されても吐出ノズル３内の溶解インク
９ｒが吐出することはない。しかし、コントロールノズ
ル５が固形インク９ｓを溶解させるに十分な温度に発熱
体４が温度制御されれば、その内側で詰まっていた固形
インク９ｓの周りが溶けてコントロールノズル５との間
に隙間を生じさせる。そのとき、共有インクタンク１の
溶解インク９ｒに加圧力Ｆが加圧手段２によって加えら
れると、共有インクタンク１内の溶解インク９ｒによっ
てコントロールノズル５内の固形インク９ｓが吐出ノズ
ル３側へ押し出され吐出ノズル３内の溶解インク９ｒを
吐出させる［図３の（Ｂ）参照］。そこで、選択的にコ
ントロールノズル５の発熱体４を加熱することによって
ノズル５内を充填する固形インク９ｓの表面を加熱溶融
すると、選択された吐出ノズル３からのみ溶解インク９
ｒが吐出される。固形インク９ｓの進入によって溶解イ
ンク９ｒを吐出させた吐出ノズル３内においては、進入
した部分の固形インク９ｓを溶解して溶解インク９ｒを
補充し次の吐出に備える。また、固形インク９ｓの吐出
ノズル３への押し出しに伴ってコントロールノズル５内
へ供給された溶解インク９ｒは、発熱体の発熱停止によ
って冷却され固まってコントロールノズル５を塞いでし
まう。

【００１９】吐出ノズル３は先端の吐出口３ａに向かっ
て窄むテーパー状の穴で構成されている。そして、吐出
口３ａの周りには図４に示すように各吐出ノズル３の間
を縫うように線状の発熱体１３が設けられている。この
発熱体１３は常時通電され、吐出ノズル３内に貯留した
インクを溶融状態に保持する。この吐出ノズル３が設け
られる吐出ノズル基板１１は、好ましくは熱伝導性の良
い材料例えば銅板などによって形成されている。

【００２０】コントロールノズル５は吐出ノズル３に対
応させて吐出ノズル３と同数だけ同心上に設けられてい
る。このコントロールノズル５は共有インクタンク１に
臨む開口部と吐出ノズル３に臨む開口部とが同じ大きさ
の貫通孔で構成されている。そして、その側壁面には発
熱体４が形成されている。発熱体４は、その表面が粗面
に形成されることが好ましい。この場合、選択されなか
ったコントロールノズル５内の固形インク９ｓが加圧手
段２の動きによって誤って吐出ノズル３側へ移動するの
を防止するのにより効果的である。発熱体４には図１に
示すように、個別電極１４が形成され、図示していない
駆動ＩＣによって任意のコントロールノズル５の発熱体
４だけに通電して加熱させるように設けられている。個
別電極１４はコントロールノズル５の穴の周囲をとり囲
む円形に形成されて、配線パターン１５によって共有イ
ンクタンク１の外の駆動ＩＣに接続されている。このコ
ントロールノズル５を形成するコントロールノズル基板
１０は、電気絶縁性に優れる材料例えばセラミックなど
によって形成されている。

【００２１】コントロールノズル５の穴形状は、スパッ
タリングなどの薄膜形成技術によって発熱体４の薄膜を
内面に均一に形成し易い矩形状とされている。勿論、円
形や楕円形の穴であっても良い。他方、吐出ノズル３
は、コントロールノズル５と同じ断面矩形の穴でかつ先
端の吐出口３ａに向かって窄む矩形錐に形成されてい
る。ここで、吐出ノズル３の吐出口３ａの大きさは、加
圧手段２として振動体を使用する場合に振動だけでは溶
解インクが吐出されることがないような表面張力を得る
大きさに設けられている。インクの吐出反撥力はインク
の表面張力及び吐出ノズル３の形状によって決められ
る。そして、インク吐出力が吐出反撥力を上回ったとき
に安定した吐出が得られる。しかるに、インクジェット
ヘッドに用いる吐出ノズル８はおおよそ直径５０μｍ程
度と大変小さな孔であるため、ノズル部分の振動のみで
はインク吐出は難しい。しかし、吐出ノズル３内のイン
クの慣性に加えてコントロールノズル５から加圧手段２
によって押し出される固形インク９ｓがピストンの働き
を為して十分な吐出力を得る。

【００２２】尚、特に限定されるものではないが、コン
トロールノズル５の発熱体４は、ある一定温度にあらか
じめ保持され、僅かな加熱で固形インク９ｓの表面を再
融解させるように駆動ＩＣで温度制御される。この場
合、応答性を向上できるし、環境温度の変化に左右され
ず安定したインク吐出を可能とする。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のコントロールノズルは、表面に発熱体層を形成した切
欠きを端面に設けた絶縁性のコントロールノズル基板を
少なくとも１枚含み、２枚以上の絶縁性のコントロール
ノズル基板を互いの端面同士を突き合わせて接合し、そ
の突き合わせ面の間の切欠きでノズルを形成するように
したので、発熱体層は絶縁性のコントロールノズル基板
の表面に形成されてから突き合わされることによって、
コントロールノズル基板を貫通するように形成される。
即ち、コントロールノズルの内周面の全面が発熱体によ
って被われ、発熱体によってノズル孔が形成される。し
かも、発熱体層はコントロールノズル基板の端面に形成
されるため、スパッタリングや真空蒸着などの薄膜形成
技術によって膜厚などを精密に管理して抵抗値などのば
らつきの小さな状態で容易に形成される。したがって、
ノズル内に固まった固形インクの全周面を同時に加熱溶
解できるので、インク溶解時間を短縮でき、応答性を高
め得る。

【００２４】しかも、このコントロールノズルは、切欠
きの周りには個別電極が形成されるだけなので、ノズル
間隔を狭めることができ、ヘッドの小型化並びにマルチ
ノズル化が容易にできる。

【００２５】更に、本発明の製法によると、コントロー
ルノズル基材を何枚も重ね合わせて同時に作業できるた
め、コントロールノズルが効率良く簡単に量産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコントロールノズルの一実施例を示す
平面図である。

【図２】本発明のコントロールノズルの製造方法を
（Ａ）〜（Ｈ）の工程に分けて説明する工程図である。

【図３】本発明のコントロールノズルを適用したインク
ジェットヘッドの原理を示す断面図で、（Ａ）は吐出
前、（Ｂ）は吐出時の状態をそれぞれ示す。

【図４】図３のインクジェットヘッドのコントロールノ
ズルを吐出ノズル側から見た底面図である。

【図５】切欠きの他の態様（Ａ），（Ｂ）を示す説明図
である。

【図６】従来のマルチノズルを示す斜視図である。

【符号の説明】

４ コントロールノズルの発熱体 ５ コントロールノズル １０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ コントロールノズル基
板 ２０ 切欠き ２１，２２，２３，２４ 端面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に発熱体層を形成した切欠きを端面
   に設けた絶縁性のコントロールノズル基板を少なくとも
   １枚含み、２枚以上の絶縁性のコントロールノズル基板
   を互いの端面同士を突き合わせて接合し、その突き合わ
   せ面の間の前記切欠きでノズルを形成したことを特徴と
   するインクジェットヘッド等のコントロールノズル。
2. 【請求項２】 片側接合面のみノズル口となる切欠部を
   形成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
   トヘッド等のコントロールノズル。
3. 【請求項３】 前記切欠きはＶ字形であることを特徴と
   する請求項１記載のインクジェットヘッド等のコントロ
   ールノズル。
4. 【請求項４】 絶縁性のコントロールノズル基板の表面
   と裏面に導電性金属の層を形成する一方、少なくとも１
   つのコントロールノズル基板の端面の一辺に切欠きを形
   成すると共にその端面全面に発熱体の層を形成し、前記
   切欠き内の発熱体を残して前記端面上の発熱体の層を取
   り除き、このようにして得られたコントロールノズル基
   板を少なくとも１つ含む２枚以上のコントロールノズル
   基板を互いに端面同士を突き合わせて接合し、その後エ
   ッチング処理によって前記コントロールノズルの穴の周
   囲の導電性金属層を個別電極として残したことを特徴と
   するコントロールノズル。
5. 【請求項５】 絶縁性のコントロールノズル基板の表面
   と裏面に導電性金属の層を形成する一方、少なくとも１
   つのコントロールノズル基板の端面の一辺に切欠きを形
   成すると共にその端面全面に発熱体の層を形成し、前記
   切欠き内の発熱体を残して前記端面上の発熱体の層を取
   り除き、このようにして得られたコントロールノズル基
   板を少なくとも１つ含む２枚以上のコントロールノズル
   基板を互いに端面同士を突き合わせて接合し、その後エ
   ッチング処理によって前記コントロールノズルの穴の周
   囲の導電性金属層を個別電極として残すと共にこれら複
   数のコントロールノズル基板上の個別電極を接続する導
   電性薄膜を形成したことを特徴とするコントロールノズ
   ルの製造方法。