JPH07299908A - インクジェット記録装置 - Google Patents
インクジェット記録装置Info
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- JPH07299908A JPH07299908A JP4694195A JP4694195A JPH07299908A JP H07299908 A JPH07299908 A JP H07299908A JP 4694195 A JP4694195 A JP 4694195A JP 4694195 A JP4694195 A JP 4694195A JP H07299908 A JPH07299908 A JP H07299908A
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14379—Edge shooter
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 アクチュエータを封止しても充分な吸引力が
得られるようにしたインクジェット記録装置を提供す
る。 【構成】 ノズル、ノズルに連通するインク流路と、流
路の一部に形成された振動板と、振動板に対向して形成
された電極とを有し、振動板と電極との間に電気パルス
を印加し、振動板を静電気力により変形させ、ノズルか
らインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおい
て、振動板５と電極２１とによって形成される振動室９
を少なくとも含むアクチュエータを気密に構成し、か
つ、アクチュエータの容積Ｖと、駆動時に振動板５によ
って排除される容積ΔＶとの比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の
範囲に入るように、アクチュエータの容積Ｖを設定し
た。
得られるようにしたインクジェット記録装置を提供す
る。 【構成】 ノズル、ノズルに連通するインク流路と、流
路の一部に形成された振動板と、振動板に対向して形成
された電極とを有し、振動板と電極との間に電気パルス
を印加し、振動板を静電気力により変形させ、ノズルか
らインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおい
て、振動板５と電極２１とによって形成される振動室９
を少なくとも含むアクチュエータを気密に構成し、か
つ、アクチュエータの容積Ｖと、駆動時に振動板５によ
って排除される容積ΔＶとの比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の
範囲に入るように、アクチュエータの容積Ｖを設定し
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド、
特にそのアクチュエータの気密化に関する。
特にそのアクチュエータの気密化に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェットヘッドにはアクチュエー
タに静電気による吸引力を利用したものが採用されてき
ており、例えば特開平２−２８９３５１号公報にはその
種のインクジェットヘッドが開示されている。このイン
クジェットヘッドは、ノズルと、ノズルに連通するイン
ク流路と、流路の一部に形成された振動板と、振動板に
エアギャップを介して対向して形成された電極とを有
し、振動板と電極との間に電気パルスを印加し、振動板
を静電気力により変形させて、ノズルからインク液滴を
吐出するようにしたものである。
タに静電気による吸引力を利用したものが採用されてき
ており、例えば特開平２−２８９３５１号公報にはその
種のインクジェットヘッドが開示されている。このイン
クジェットヘッドは、ノズルと、ノズルに連通するイン
ク流路と、流路の一部に形成された振動板と、振動板に
エアギャップを介して対向して形成された電極とを有
し、振動板と電極との間に電気パルスを印加し、振動板
を静電気力により変形させて、ノズルからインク液滴を
吐出するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報の
振動板及び電極から構成される振動室を含むアクチュエ
ータは大気に解放されており、従って、駆動時に空気中
の埃等を吸引してしまうおそれがあった。このため、ア
クチュエータを封止することが考えられるが、そのよう
にした場合には、振動室内に封入された空気が振動板の
吸引時に抵抗となり充分な吸引力が得られなくなるおそ
れがある。振動室の吸引力が低下すると、インク吐出に
足る十分な吐出力が得られなくなり、印刷の品位及び信
頼性を著しく低下させてしまう。この問題を回避するた
めには、例えばアクチュエータに印加する電圧を大きく
すればよいが、一般的にプリンタとして常用される電源
電圧の範囲内で、十分な吸引力を得ることは困難であっ
た。
振動板及び電極から構成される振動室を含むアクチュエ
ータは大気に解放されており、従って、駆動時に空気中
の埃等を吸引してしまうおそれがあった。このため、ア
クチュエータを封止することが考えられるが、そのよう
にした場合には、振動室内に封入された空気が振動板の
吸引時に抵抗となり充分な吸引力が得られなくなるおそ
れがある。振動室の吸引力が低下すると、インク吐出に
足る十分な吐出力が得られなくなり、印刷の品位及び信
頼性を著しく低下させてしまう。この問題を回避するた
めには、例えばアクチュエータに印加する電圧を大きく
すればよいが、一般的にプリンタとして常用される電源
電圧の範囲内で、十分な吸引力を得ることは困難であっ
た。
【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、アクチュエータを封止しても
充分な吸引力が得られるようにしたインクジェット記録
装置を提供することを目的とする。
めになされたものであり、アクチュエータを封止しても
充分な吸引力が得られるようにしたインクジェット記録
装置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】本発明に係るインクジェ
ット記録装置は、ノズルと、ノズルに連通するインク流
路と、流路の一部に形成された振動板と、振動板に対向
して形成された電極とを有し、振動板と電極との間に電
気パルスを印加し、振動板を静電気力により変形させ、
ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッド
を有するインクジェット記録装置において、振動板と電
極とによって形成される振動室を少なくとも含むアクチ
ュエータを気密に構成し、かつ、アクチュエータの容積
Ｖと、駆動時に振動板によって排除される容積ΔＶとの
比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入るように、アクチュ
エータの容積Ｖを設定している。そして、このアクチュ
エータの容積には、電極につながる配線部によって形成
される溝の容積も含ませることができる。そして、アク
チュエータには、不活性ガス、窒素ガス又は乾燥空気の
いずれかが封入される。
ット記録装置は、ノズルと、ノズルに連通するインク流
路と、流路の一部に形成された振動板と、振動板に対向
して形成された電極とを有し、振動板と電極との間に電
気パルスを印加し、振動板を静電気力により変形させ、
ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッド
を有するインクジェット記録装置において、振動板と電
極とによって形成される振動室を少なくとも含むアクチ
ュエータを気密に構成し、かつ、アクチュエータの容積
Ｖと、駆動時に振動板によって排除される容積ΔＶとの
比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入るように、アクチュ
エータの容積Ｖを設定している。そして、このアクチュ
エータの容積には、電極につながる配線部によって形成
される溝の容積も含ませることができる。そして、アク
チュエータには、不活性ガス、窒素ガス又は乾燥空気の
いずれかが封入される。
【０００６】
【作用】本発明においては、アクチュエータが気密構造
になっており、振動板の吸引時に空気中の塵埃が吸引さ
れてヘッド内に侵入するおそれがなくなっている。そし
て、アクチュエータの容積は振動板の排除容積より十分
に大きくとってあるため、アクチュエータ内圧力の上昇
が少なく、十分な吸引力が得られる。また、このときの
アクチュエータの容積の上限値も、インクジェットヘッ
ドの機能及びウエハーからの取り数を考慮して合理的な
範囲に定められており、ヘッドの大形化が避けられてい
る。また、アクチュエータの容積に配線部によって形成
される容積も含ませた場合には振動室の容積を小さくす
ることができ、この点からもヘッドの大形化が避けられ
る。更に、不活性ガス、窒素ガス又は乾燥空気をアクチ
ュエータに封入することにより、スパークの発生を防止
することができる。
になっており、振動板の吸引時に空気中の塵埃が吸引さ
れてヘッド内に侵入するおそれがなくなっている。そし
て、アクチュエータの容積は振動板の排除容積より十分
に大きくとってあるため、アクチュエータ内圧力の上昇
が少なく、十分な吸引力が得られる。また、このときの
アクチュエータの容積の上限値も、インクジェットヘッ
ドの機能及びウエハーからの取り数を考慮して合理的な
範囲に定められており、ヘッドの大形化が避けられてい
る。また、アクチュエータの容積に配線部によって形成
される容積も含ませた場合には振動室の容積を小さくす
ることができ、この点からもヘッドの大形化が避けられ
る。更に、不活性ガス、窒素ガス又は乾燥空気をアクチ
ュエータに封入することにより、スパークの発生を防止
することができる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の一実施例に係るインクジェッ
トヘッドの分解斜視図であり、一部断面図で示してあ
る。図２は図１のＡ部の拡大図、図３は図１の実施例の
インクジェットヘッドの組立て後の斜視図、図４は図１
の実施例のインクジェットヘッドの断面側面図であり、
図５は図４のＡ−Ａ断面図である。本実施例はインク液
滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジ
イジュクトタイプの例を示すものであるが、基板の上面
部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイ
スイジュクトタイプのものでもよい。本実施例のインク
ジェットヘッド１０は次に詳述する構造を持つ３枚の基
板１、２、３を重ねて接合した積層構造となっている。
トヘッドの分解斜視図であり、一部断面図で示してあ
る。図２は図１のＡ部の拡大図、図３は図１の実施例の
インクジェットヘッドの組立て後の斜視図、図４は図１
の実施例のインクジェットヘッドの断面側面図であり、
図５は図４のＡ−Ａ断面図である。本実施例はインク液
滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジ
イジュクトタイプの例を示すものであるが、基板の上面
部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイ
スイジュクトタイプのものでもよい。本実施例のインク
ジェットヘッド１０は次に詳述する構造を持つ３枚の基
板１、２、３を重ねて接合した積層構造となっている。
【０００８】中間の第１の基板１は、シリコン基板であ
り、複数のノズル孔４を構成するように、基板１の表面
に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１
１と、各々のノズル溝１１に連通し、底壁を振動板５と
する吐出室６を構成することになる凹部１２と、凹部１
２の後部に設けられたインク流入口のための細溝１３
と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通のイ
ンクキャビティ８を構成することになる凹部１４とを有
する。そして、凹部１４の後方にはインク流入口１３ａ
が設けられており、これはノズル孔４よりも小さい寸法
から構成されており、インク内のごみがヘッド内に入る
のを防止するフィルタとしての機能も発揮する。なお、
細溝１３は、第１の基板１と第３の基板３とが接合され
るとオリフィス７を構成することになる。
り、複数のノズル孔４を構成するように、基板１の表面
に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１
１と、各々のノズル溝１１に連通し、底壁を振動板５と
する吐出室６を構成することになる凹部１２と、凹部１
２の後部に設けられたインク流入口のための細溝１３
と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通のイ
ンクキャビティ８を構成することになる凹部１４とを有
する。そして、凹部１４の後方にはインク流入口１３ａ
が設けられており、これはノズル孔４よりも小さい寸法
から構成されており、インク内のごみがヘッド内に入る
のを防止するフィルタとしての機能も発揮する。なお、
細溝１３は、第１の基板１と第３の基板３とが接合され
るとオリフィス７を構成することになる。
【０００９】また、第１の基板１への共通電極１７の付
与については、半導体及び電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では共通電極材
料にはチタンを下付けとし白金、又はクロムを下付けと
し金を使用しているが、本実施例に限定されるものでは
なく、半導体及び電極材料の特性により別の組合わせで
もよい。なお、振動板５は、第１の基板１にボロンドー
プしてエッチストップさせることにより形成されてお
り、薄く均一な厚さのものが得られている。
与については、半導体及び電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では共通電極材
料にはチタンを下付けとし白金、又はクロムを下付けと
し金を使用しているが、本実施例に限定されるものでは
なく、半導体及び電極材料の特性により別の組合わせで
もよい。なお、振動板５は、第１の基板１にボロンドー
プしてエッチストップさせることにより形成されてお
り、薄く均一な厚さのものが得られている。
【００１０】また、図２に示すように、第１の基板１に
は共通電極１７を除く全面に厚さ１μｍ程度に酸化膜２
４が形成され、これはインクジェットヘッドの駆動時に
振動板５と後述する個別電極２１とが接触した場合に、
絶縁破壊、ショート等を防止するための絶縁層として機
能する。
は共通電極１７を除く全面に厚さ１μｍ程度に酸化膜２
４が形成され、これはインクジェットヘッドの駆動時に
振動板５と後述する個別電極２１とが接触した場合に、
絶縁破壊、ショート等を防止するための絶縁層として機
能する。
【００１１】第１の基板１の下面に接合される下側の第
２の基板２にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第２の基板
２の上面には振動室９を構成することになる、中央付近
に細長い支柱３５を有する凹部１５が設けられている。
なお、振動板５の厚みを厚く形成することによりインク
吐出に必要な所定の剛性が得られる時は、支柱３５は設
けなくともよい。本実施例においては、振動板５とこれ
に対向して配置される個別電極２１との対向間隔、即ち
ギャップ部１６の長さＧ（図３参照、以下「ギャップ
長」と記す。）が、凹部１５の深さと個別電極２１の厚
さとの差になるように、間隔保持手段を第２の基板２の
上面に形成した振動室用の凹部１５により構成されてい
る。また、別の例として凹部の形成は第１の基板１の下
面でもよい。ここでは、凹部１５の深さをエッチングに
より０．３μｍとしている。なお、ノズル溝１１のピッ
チは０．２ｍｍであり、その幅は８０μｍである。
２の基板２にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第２の基板
２の上面には振動室９を構成することになる、中央付近
に細長い支柱３５を有する凹部１５が設けられている。
なお、振動板５の厚みを厚く形成することによりインク
吐出に必要な所定の剛性が得られる時は、支柱３５は設
けなくともよい。本実施例においては、振動板５とこれ
に対向して配置される個別電極２１との対向間隔、即ち
ギャップ部１６の長さＧ（図３参照、以下「ギャップ
長」と記す。）が、凹部１５の深さと個別電極２１の厚
さとの差になるように、間隔保持手段を第２の基板２の
上面に形成した振動室用の凹部１５により構成されてい
る。また、別の例として凹部の形成は第１の基板１の下
面でもよい。ここでは、凹部１５の深さをエッチングに
より０．３μｍとしている。なお、ノズル溝１１のピッ
チは０．２ｍｍであり、その幅は８０μｍである。
【００１２】この第２の基板２を第１の基板１に接合す
ることによって振動室９を構成するとともに、第２の基
板２上の振動板５に対応する各々の位置に、金を０．１
μｍスパッタし、支柱３５取り囲むように振動板５とほ
ぼ同じ形状に金パターンを形成して個別電極２１として
いる。個別電極２１は、リード部２２及び端子部２３を
備えている。これらの電極等２１，２２，２３の材料は
金の代わりにＩＴＯ等の酸性導電膜でもよい。
ることによって振動室９を構成するとともに、第２の基
板２上の振動板５に対応する各々の位置に、金を０．１
μｍスパッタし、支柱３５取り囲むように振動板５とほ
ぼ同じ形状に金パターンを形成して個別電極２１として
いる。個別電極２１は、リード部２２及び端子部２３を
備えている。これらの電極等２１，２２，２３の材料は
金の代わりにＩＴＯ等の酸性導電膜でもよい。
【００１３】第１の基板１の上面に接合される上側の第
３の基板３は、第２の基板２と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第３の基板３の接合によって、ノズ
ル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクキャビティ
８が構成される。そして、このインクキャビティ８に
は、第１の基板１と第３の基板３とを接合するときにそ
の凹部がつぶれないように強度をもたせるために凸部３
６が設けられている。
３の基板３は、第２の基板２と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第３の基板３の接合によって、ノズ
ル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクキャビティ
８が構成される。そして、このインクキャビティ８に
は、第１の基板１と第３の基板３とを接合するときにそ
の凹部がつぶれないように強度をもたせるために凸部３
６が設けられている。
【００１４】次に、第１の基板１と第２の基板２を温度
２７０〜４００℃、電圧５００〜８００Ｖの印加で陽極
接合し、また同条件で第１の基板１と第３の基板３とを
接合し、図３のようにインクジェットヘッドを組み立て
る。陽極接合後に、振動板５と第２の基板２上の個別電
極２１との間に形成されるギャップ長Ｇは、上述のよう
に凹部１５の深さと個別電極２１の厚さとの差であり、
本実施例では０．２μｍとしてある。
２７０〜４００℃、電圧５００〜８００Ｖの印加で陽極
接合し、また同条件で第１の基板１と第３の基板３とを
接合し、図３のようにインクジェットヘッドを組み立て
る。陽極接合後に、振動板５と第２の基板２上の個別電
極２１との間に形成されるギャップ長Ｇは、上述のよう
に凹部１５の深さと個別電極２１の厚さとの差であり、
本実施例では０．２μｍとしてある。
【００１５】上記のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、図３又は図４に示されるように、共通電極
１７と個別電極２１の端子部２３間にそれぞれ配線（Ｆ
ＰＣ：フレキシブル・プリント・サーキット）１０１に
より駆動回路１０２を接続する。配線１０１と電極１
７，２３との接合手段として、本実施例においては異方
性導電膜を使用している。ところで、振動室９には窒素
ガスが送入され、絶縁封止剤３０により気密封止されて
いる。本実施例においては端子部２３の近傍にて封止さ
れており、アクチュエータの容積に振動室９のみなら
ず、リード部２２によって形成される溝の容積も含まれ
るようにしてある（この点の詳細については後述す
る）。インク１０３は、図示しないインクタンクよりイ
ンク供給管３３、インクジェットヘッド後部に外嵌され
たインク供給容器３２を経て第１の基板１の内部に供給
され、インクキャビティ８、吐出室６等を満たしてい
る。そして、吐出室６のインクは、図４に示されるよう
に、インクジェットヘッド１０の駆動時にノズル孔４よ
りインク液滴１０４となって吐出され、記録紙１０５に
印字される。
立てた後は、図３又は図４に示されるように、共通電極
１７と個別電極２１の端子部２３間にそれぞれ配線（Ｆ
ＰＣ：フレキシブル・プリント・サーキット）１０１に
より駆動回路１０２を接続する。配線１０１と電極１
７，２３との接合手段として、本実施例においては異方
性導電膜を使用している。ところで、振動室９には窒素
ガスが送入され、絶縁封止剤３０により気密封止されて
いる。本実施例においては端子部２３の近傍にて封止さ
れており、アクチュエータの容積に振動室９のみなら
ず、リード部２２によって形成される溝の容積も含まれ
るようにしてある（この点の詳細については後述す
る）。インク１０３は、図示しないインクタンクよりイ
ンク供給管３３、インクジェットヘッド後部に外嵌され
たインク供給容器３２を経て第１の基板１の内部に供給
され、インクキャビティ８、吐出室６等を満たしてい
る。そして、吐出室６のインクは、図４に示されるよう
に、インクジェットヘッド１０の駆動時にノズル孔４よ
りインク液滴１０４となって吐出され、記録紙１０５に
印字される。
【００１６】ところで、本実施例においては、上述のよ
うに振動室９が封止されており、そして、この振動室９
を含んだアクチュエータの容積Ｖと振動板５による排除
容積ΔＶとの比の上下限値は、２≦Ｖ／ΔＶ≦８、にな
るようにアクチュエータの容積が設定されている。次
に、Ｖ／ΔＶを上記のように設定した根拠を説明する。
図６はＶ／ΔＶの下限値の根拠を説明するための振動板
５の動作説明図である。振動板５の変形により排除され
る振動室９の容積ΔＶは次式により表される。但し、
Ｐ：圧力、ｌ：振動板５の長さ、Ｇ：エアーギャップ長
（溝深さ）、ｗ：振動板５の幅、ｙ：振動板５の変位
量、Ｅ：振動板のヤング率、Ｉ：振動板の断面２次モー
メント、Ｓ：図のハッチング部分の面積、とする。
うに振動室９が封止されており、そして、この振動室９
を含んだアクチュエータの容積Ｖと振動板５による排除
容積ΔＶとの比の上下限値は、２≦Ｖ／ΔＶ≦８、にな
るようにアクチュエータの容積が設定されている。次
に、Ｖ／ΔＶを上記のように設定した根拠を説明する。
図６はＶ／ΔＶの下限値の根拠を説明するための振動板
５の動作説明図である。振動板５の変形により排除され
る振動室９の容積ΔＶは次式により表される。但し、
Ｐ：圧力、ｌ：振動板５の長さ、Ｇ：エアーギャップ長
（溝深さ）、ｗ：振動板５の幅、ｙ：振動板５の変位
量、Ｅ：振動板のヤング率、Ｉ：振動板の断面２次モー
メント、Ｓ：図のハッチング部分の面積、とする。
【００１７】
【数１】
【００１８】即ち、振動板の弾性によって、振動板を復
元する方向に働く圧力Ｐｍは、排除容積ΔＶの関数で次
式によって表される。
元する方向に働く圧力Ｐｍは、排除容積ΔＶの関数で次
式によって表される。
【００１９】
【数２】
【００２０】但し、ｋは振動板の弾性定数であり、十分
なインク吐出力を得るために、本実施例では、８×１０
4（Ｐａ／ｍ3）以上になるように設定されている。
なインク吐出力を得るために、本実施例では、８×１０
4（Ｐａ／ｍ3）以上になるように設定されている。
【００２１】また、アクチュエータの静電吸引圧力Ｐｅ
は次式に表される。但し、ε0 ：誘電率（８．８５×１
０-12 （Ｆ／ｍ）（真空中）、Ｖh ：印加電圧（＝駆動
電圧）、εr ：比誘電率、である。本実施例において
は、Ｖh ＝３５（Ｖ）、εr ＝約１、Ｇ＝０．２（μ
ｍ）である。
は次式に表される。但し、ε0 ：誘電率（８．８５×１
０-12 （Ｆ／ｍ）（真空中）、Ｖh ：印加電圧（＝駆動
電圧）、εr ：比誘電率、である。本実施例において
は、Ｖh ＝３５（Ｖ）、εr ＝約１、Ｇ＝０．２（μ
ｍ）である。
【００２２】
【数３】
【００２３】振動板の変位ｙの範囲（０〜Ｇ）、または
これに対応する排除容積ΔＶの範囲に対して、静電吸引
力Ｐｅと振動板を復元する方向に働く圧力Ｐｍの差の最
小値は、上述した式に各パラメータを代入して計算する
ことにより、次式のように表される。
これに対応する排除容積ΔＶの範囲に対して、静電吸引
力Ｐｅと振動板を復元する方向に働く圧力Ｐｍの差の最
小値は、上述した式に各パラメータを代入して計算する
ことにより、次式のように表される。
【００２４】
【数４】
【００２５】もし、（Ｐｅ−Ｐｍ）min<＜０であれば、
たとえ、振動室が待機解放されていても、十分なインク
吐出を得られる吸引力は得られない。
たとえ、振動室が待機解放されていても、十分なインク
吐出を得られる吸引力は得られない。
【００２６】次に、アクチュエータ内の圧力Ｐｉは次式
により表される。但し、Ｐ0 ：大気圧、Ｖ：アクチュエ
ータの容積、である。
により表される。但し、Ｐ0 ：大気圧、Ｖ：アクチュエ
ータの容積、である。
【００２７】
【数５】
【００２８】従って、アクチュエータ内圧力に打ち勝っ
て十分なインク吐出が得られるように静電吸引可能とな
るためには、次式の成立が必要となる。ここで、ΔＰは
排除体積ΔＶの増加に伴って、上昇するアクチュエータ
内の圧力増加量である。
て十分なインク吐出が得られるように静電吸引可能とな
るためには、次式の成立が必要となる。ここで、ΔＰは
排除体積ΔＶの増加に伴って、上昇するアクチュエータ
内の圧力増加量である。
【００２９】
【数６】
【００３０】上式からヘッド駆動が可能となるためのＶ
／ΔＶは次式により表される。
／ΔＶは次式により表される。
【００３１】
【数７】
【００３２】次に、Ｖ／ΔＶの上限値の根拠について説
明する。次に示す表１は各解像度のインクジェットヘッ
ドを設計した場合の設計値を示したものである。
明する。次に示す表１は各解像度のインクジェットヘッ
ドを設計した場合の設計値を示したものである。
【００３３】
【表１】
【００３４】表１において、，は第１の基板１に
（１００）面シリコン基板を用いたシリコンヘッドの例
であり、のものは振動室９の容積のみをアクチュエー
タの容積としたものである。のものは電極端子近傍で
封止し（図３及び図５参照）、配線部の容積（ダミー容
積）と振動室９の容積とをアクチュエータの容積とした
ものであり、アクチュエータ内圧力の低減を図ってい
る。，，は第１の基板１に（１１０）面シリコン
基板を用いたインクジェットヘッドにおいて、限られた
ヘッドサイズ内で同様にアクチュエータの容積を最大に
したものである。〜のいずれの場合においても、イ
ンクジェットヘッドとしての機能を満足し、ヘッドのウ
エハからの取り数を最大にする、という観点から設計し
た値である。例えばの場合には、Ｖ／ΔＶは２．３
１、アクチュエータ内圧力は１．７７Ｋｇｆ／ｃｍ2
（１７．３×１０4Ｐａ）であるが、ヘッドサイズを変
えずにダミー容積を設けてアクチュエータの容積を増加
させると、のように、Ｖ／ΔＶは４．６９となり、ア
クチュエータ内圧力は１．２７Ｋｇｆ／ｃｍ2（１２．
４×１０4Ｐａ） となり、アクチュエータ内圧力を約３
０％低減できる。これ以上の低減は、ヘッドサイズを大
きく、つまり、ヘッドのウエハからの取り数を減少させ
なければ実現できず、ヘッド単価の増加につながる。
（１００）面シリコン基板を用いたシリコンヘッドの例
であり、のものは振動室９の容積のみをアクチュエー
タの容積としたものである。のものは電極端子近傍で
封止し（図３及び図５参照）、配線部の容積（ダミー容
積）と振動室９の容積とをアクチュエータの容積とした
ものであり、アクチュエータ内圧力の低減を図ってい
る。，，は第１の基板１に（１１０）面シリコン
基板を用いたインクジェットヘッドにおいて、限られた
ヘッドサイズ内で同様にアクチュエータの容積を最大に
したものである。〜のいずれの場合においても、イ
ンクジェットヘッドとしての機能を満足し、ヘッドのウ
エハからの取り数を最大にする、という観点から設計し
た値である。例えばの場合には、Ｖ／ΔＶは２．３
１、アクチュエータ内圧力は１．７７Ｋｇｆ／ｃｍ2
（１７．３×１０4Ｐａ）であるが、ヘッドサイズを変
えずにダミー容積を設けてアクチュエータの容積を増加
させると、のように、Ｖ／ΔＶは４．６９となり、ア
クチュエータ内圧力は１．２７Ｋｇｆ／ｃｍ2（１２．
４×１０4Ｐａ） となり、アクチュエータ内圧力を約３
０％低減できる。これ以上の低減は、ヘッドサイズを大
きく、つまり、ヘッドのウエハからの取り数を減少させ
なければ実現できず、ヘッド単価の増加につながる。
【００３５】解像度を高くした場合には、印字に必要な
吐出インク量も、低解像度に比べて少量でよいためΔＶ
も小さくなる。また、マルチノズルの場合には、ヘッド
面積に対して電極配線部（リード部２２）が占める面積
（振動板以外の面積）が増加するため、比較的、ダミー
容積を増やすことができ、従って、Ｖ／ΔＶを大きくで
きる。例えば，の場合には、（振動板の総面積／ヘ
ッド面積）が４０％程度であるのに対し、，，の
場合には２５％程度である。これら高解像度の場合に
は、インクジェットヘッドとしての機能及びウエハから
の取り数を犠牲にすることなく、可能な限りのダミー容
積を設けたときは、Ｖ／ΔＶ≦８となる。Ｖ／ΔＶをそ
れより大きな値にすることは、ヘッドサイズを大きく、
つまり、ヘッドのウエハからの取り数を減少させなけれ
ば実現できず、ヘッド単価の増加につながるし、また、
Ｖ／ΔＶ≦８の範囲であれば十分な効果（アクチュエー
タ内圧力の低減）が得られ、それ以上にしても効果に大
きな差は生じず、アクチュエータ内圧力Ｐｉが１．１５
Ｋｇｆ／ｃｍ2 から１Ｋｇｆ／ｃｍに近付く程度の差に
にすぎない。従って、上述のように種々の解像度のヘッ
ドを考慮した場合に、Ｖ／ΔＶの合理的な範囲は、上述
のように、２≦Ｖ／ΔＶ≦８となる。
吐出インク量も、低解像度に比べて少量でよいためΔＶ
も小さくなる。また、マルチノズルの場合には、ヘッド
面積に対して電極配線部（リード部２２）が占める面積
（振動板以外の面積）が増加するため、比較的、ダミー
容積を増やすことができ、従って、Ｖ／ΔＶを大きくで
きる。例えば，の場合には、（振動板の総面積／ヘ
ッド面積）が４０％程度であるのに対し、，，の
場合には２５％程度である。これら高解像度の場合に
は、インクジェットヘッドとしての機能及びウエハから
の取り数を犠牲にすることなく、可能な限りのダミー容
積を設けたときは、Ｖ／ΔＶ≦８となる。Ｖ／ΔＶをそ
れより大きな値にすることは、ヘッドサイズを大きく、
つまり、ヘッドのウエハからの取り数を減少させなけれ
ば実現できず、ヘッド単価の増加につながるし、また、
Ｖ／ΔＶ≦８の範囲であれば十分な効果（アクチュエー
タ内圧力の低減）が得られ、それ以上にしても効果に大
きな差は生じず、アクチュエータ内圧力Ｐｉが１．１５
Ｋｇｆ／ｃｍ2 から１Ｋｇｆ／ｃｍに近付く程度の差に
にすぎない。従って、上述のように種々の解像度のヘッ
ドを考慮した場合に、Ｖ／ΔＶの合理的な範囲は、上述
のように、２≦Ｖ／ΔＶ≦８となる。
【００３６】ところで、本実施例においてはアクチュエ
ータに窒素ガスが封止されているが、このアクチュエー
タの封止ガスとしては、例えば（ａ）不活性ガス（Ｈ
ｅ、Ｎｅ）、（ｂ）窒素ガス、（ｃ）乾燥空気がある。
この封止ガスには、化学的に安定しており、駆動時（放
電時）に化学反応してガスの性質が変化して振動板５、
個別電極２１等を腐蝕、破損させることがない、という
特性が要求される。この特性の観点から望ましい封入ガ
スは上記の（ａ），（ｂ），（ｃ）の順序になるが、コ
ストの観点からはその逆に上記の（ｃ），（ｂ），
（ａ）の順序になる。従って、総合すると、（ｂ）窒素
ガスが最も望ましい。このような封止ガスにより振動室
９においてスパークの発生が避けられ、安定した動作が
得られる。
ータに窒素ガスが封止されているが、このアクチュエー
タの封止ガスとしては、例えば（ａ）不活性ガス（Ｈ
ｅ、Ｎｅ）、（ｂ）窒素ガス、（ｃ）乾燥空気がある。
この封止ガスには、化学的に安定しており、駆動時（放
電時）に化学反応してガスの性質が変化して振動板５、
個別電極２１等を腐蝕、破損させることがない、という
特性が要求される。この特性の観点から望ましい封入ガ
スは上記の（ａ），（ｂ），（ｃ）の順序になるが、コ
ストの観点からはその逆に上記の（ｃ），（ｂ），
（ａ）の順序になる。従って、総合すると、（ｂ）窒素
ガスが最も望ましい。このような封止ガスにより振動室
９においてスパークの発生が避けられ、安定した動作が
得られる。
【００３７】なお、上記の実施例においてアクチュエー
タの容積にダミー容積も含めるようにした場合には、リ
ード部２２が形成された溝に連通する適当な空気室を設
けてアクチュエータの容積を調整し、各々のノズルに対
応するアクチュエータの容積Ｖを均一にすることもでき
る。
タの容積にダミー容積も含めるようにした場合には、リ
ード部２２が形成された溝に連通する適当な空気室を設
けてアクチュエータの容積を調整し、各々のノズルに対
応するアクチュエータの容積Ｖを均一にすることもでき
る。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アク
チュエータを気密に構成し、かつ、アクチュエータの容
積Ｖと、駆動時に振動板によって排除される容積ΔＶと
の比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入るように、アクチ
ュエータの容積Ｖを設定したので、振動板の吸引時に空
気中の塵埃が吸引されてヘッド内に侵入するおそれがな
くなっており、また、アクチュエータの容積は振動板の
排除容積より十分に大きくとってあるため、アクチュエ
ータ内圧力の上昇が少なく、十分な吸引力が得られ、し
かもアクチュエータの容積Ｖに合理的な上限値を設けた
のでヘッドの大形化が避けられている。従って、空気抵
抗の影響が少なく、インク吐出に足る十分な振動板の吸
引力を発生することができるので、印刷の品質及び信頼
性に優れたインクジェットヘッドを得ることができる。
チュエータを気密に構成し、かつ、アクチュエータの容
積Ｖと、駆動時に振動板によって排除される容積ΔＶと
の比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入るように、アクチ
ュエータの容積Ｖを設定したので、振動板の吸引時に空
気中の塵埃が吸引されてヘッド内に侵入するおそれがな
くなっており、また、アクチュエータの容積は振動板の
排除容積より十分に大きくとってあるため、アクチュエ
ータ内圧力の上昇が少なく、十分な吸引力が得られ、し
かもアクチュエータの容積Ｖに合理的な上限値を設けた
のでヘッドの大形化が避けられている。従って、空気抵
抗の影響が少なく、インク吐出に足る十分な振動板の吸
引力を発生することができるので、印刷の品質及び信頼
性に優れたインクジェットヘッドを得ることができる。
【００３９】また、本発明によれば、アクチュエータの
容積に配線部分の容積を含めるようにしたのでアクチュ
エータの大形化が避けられ、更に、アクチュエータにガ
スを封入するようにしたことにより、駆動時スパークの
発生が避けられ、安定した動作が得られる。
容積に配線部分の容積を含めるようにしたのでアクチュ
エータの大形化が避けられ、更に、アクチュエータにガ
スを封入するようにしたことにより、駆動時スパークの
発生が避けられ、安定した動作が得られる。
【図１】本発明の一実施例に係るインクジェットヘッド
の分解斜視図である。
の分解斜視図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１の実施例のインクジェットヘッドの組立て
後の斜視図である。
後の斜視図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドの断面側面図であ
る。
る。
【図５】図５は図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図１の実施例におけるＶ／ΔＶの下限値の根拠
を説明するための動作説明図である。
を説明するための動作説明図である。
フロントページの続き (72)発明者 羽片 忠明 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 (4)
- 【請求項１】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
路と、該流路の一部に形成された振動板と、該振動板に
対向して形成された電極とを有し、前記振動板と前記電
極との間に電気パルスを印加し、前記振動板を静電気力
により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出する
インクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置
において、 前記振動板と前記電極とによって形成される振動室を少
なくとも含むアクチュエータを気密に構成し、かつ、前
記アクチュエータの容積Ｖと、駆動時に前記振動板によ
って排除される容積ΔＶとの比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の
範囲に入るように、前記アクチュエータの容積Ｖを設定
したことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 【請求項２】 前記アクチュエータ容積Ｖには、前記電
極につながる配線部が形成された溝の容積が含まれるこ
とを特徴とする請求項１記載のインク記録装置。 - 【請求項３】 前記アクチュエータには、不活性ガス、
窒素ガス又は乾燥空気のいずれかが封入されることを特
徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装
置。 - 【請求項４】 請求項２において、複数の前記アクチュ
エータを有し、前記配線部が形成された溝に連通し、各
々の容積Ｖを均一にする容積調整手段を有することを特
徴とするインクジェット記録装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4694195A JP3329125B2 (ja) | 1994-03-09 | 1995-03-07 | インクジェット記録装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-38733 | 1994-03-09 | ||
| JP3873394 | 1994-03-09 | ||
| JP4694195A JP3329125B2 (ja) | 1994-03-09 | 1995-03-07 | インクジェット記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07299908A true JPH07299908A (ja) | 1995-11-14 |
| JP3329125B2 JP3329125B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=12533535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4694195A Expired - Fee Related JP3329125B2 (ja) | 1994-03-09 | 1995-03-07 | インクジェット記録装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0671271B1 (ja) |
| JP (1) | JP3329125B2 (ja) |
| DE (1) | DE69517720T2 (ja) |
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| JPH10305578A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-11-17 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド |
| JPH11291493A (ja) * | 1998-04-06 | 1999-10-26 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド |
| US6592208B2 (en) | 2000-03-30 | 2003-07-15 | Ricoh Company Ltd. | Electrostatic ink jet head |
| US6877841B2 (en) | 2001-09-20 | 2005-04-12 | Ricoh Company, Ltd. | Electrostatic ink jet head and a recording apparatus |
| US6966635B2 (en) | 1998-08-21 | 2005-11-22 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and ink jet recording apparatus comprising the same |
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| US8366243B2 (en) | 1997-07-15 | 2013-02-05 | Zamtec Ltd | Printhead integrated circuit with actuators proximate exterior surface |
| US7393083B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-07-01 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet printer with low nozzle to chamber cross-section ratio |
| EP0999933B1 (en) * | 1997-07-15 | 2005-03-02 | Silverbrook Research Pty. Limited | Magnetic-field-acutated ink jet nozzle |
| US7661793B2 (en) | 1997-07-15 | 2010-02-16 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with individual ink feed channels etched from both sides of wafer |
| US7328975B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-02-12 | Silverbrook Research Pty Ltd | Injet printhead with thermal bend arm exposed to ink flow |
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| US7527357B2 (en) | 1997-07-15 | 2009-05-05 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle array with individual feed channel for each nozzle |
| US7708372B2 (en) | 1997-07-15 | 2010-05-04 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with ink feed channels etched from back of wafer |
| US7497555B2 (en) | 1998-07-10 | 2009-03-03 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle assembly with pre-shaped actuator |
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| US7401884B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-07-22 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet printhead with integral nozzle plate |
| US7775634B2 (en) | 1997-07-15 | 2010-08-17 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet chamber with aligned nozzle and inlet |
| US7360871B2 (en) | 1997-07-15 | 2008-04-22 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet chamber with ejection actuator between inlet and nozzle |
| US6866290B2 (en) | 2002-12-04 | 2005-03-15 | James Tsai | Apparatus of a collapsible handcart for turning a platform when operating a retractable handle |
| US7475965B2 (en) | 1997-07-15 | 2009-01-13 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet printer with low droplet to chamber volume ratio |
| US8117751B2 (en) | 1997-07-15 | 2012-02-21 | Silverbrook Research Pty Ltd | Method of forming printhead by removing sacrificial material through nozzle apertures |
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| US7293855B2 (en) | 1997-07-15 | 2007-11-13 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with ink supply channel parallel to drop trajectory |
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-
1995
- 1995-03-07 JP JP4694195A patent/JP3329125B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-03-07 EP EP19950103252 patent/EP0671271B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-07 DE DE1995617720 patent/DE69517720T2/de not_active Expired - Fee Related
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| EP0671271A3 (en) | 1996-08-07 |
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| EP0671271B1 (en) | 2000-07-05 |
| DE69517720T2 (de) | 2001-02-01 |
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