JPH07314673A

JPH07314673A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH07314673A
Application number: JP11532294A
Authority: JP
Inventors: Shingo Abe; 新吾阿部; Kenji Ota; 賢司太田; Tetsuya Inui; 哲也乾; Koji Matoba; 宏次的場; Susumu Hirata; 進平田; Yorishige Ishii; 頼成石井; Shigeo Terajima; 重男寺島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-12-05
Also published as: DE19517969C2; DE19517969A1

Abstract

(57)【要約】【目的】座屈構造体を用いたインク圧力発生器を用
い、小さな寸法を維持したまま大きな吐出力を得る。【構成】インク吐出口５ａとインク供給口５ｂを有す
る筐体５の内部に複数の座屈構造体１，１を取付部材
３，３を介して取付ける。各座屈構造体の間には圧力を
伝搬する隔壁を設けない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は容器の内部を満たすイン
クに、座屈構造体を用いて圧力を加えることにより、容
器内部から外部へインク滴を吐出させるインクジェット
ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、記録液を吐出、飛翔させて記
録を行なうインクジェット法が知られている。この方法
は、低騒音で、比較的高速印字が可能であること、装置
の小型化やカラー記録が容易であることなど、数々の利
点を有している。このようなインクジェット記録方法で
は、種々の液滴吐出原理に基づくインクジェット記録ヘ
ッドを用いて記録を行なっている。たとえば、液滴吐出
手段としてその圧電素子の圧力を利用したインクジェッ
トヘッドや、また、発熱抵抗体に電流を流しその発熱体
の温度上昇で液体を気化し気化時の圧力を利用したバブ
ル方式インクジェットヘッド等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術ではそれぞれ以下のような問題点を有する。

【０００４】圧電素子を用いたインクジェットヘッドで
は、圧電素子に電圧を印加し圧電素子を変形させ、この
変形によりインク滴を吐出させて記録を行なうが、圧電
素子の変形が小さいため、圧電素子を積層したり、形状
の大きなバイモルフ型の圧電アクチュエータを形成し、
変形量を大きくしてインク滴を吐出させていた。したが
って、ノズルピッチと比べはるかに大きな圧電素子およ
びインク室を必要とし、そのためノズルを集積化したマ
ルチノズルヘッドの作製は困難であった。

【０００５】また、バブル方式のインクジェットヘッド
は、発熱体からの熱によりインクが気化して気泡が発生
し、そのときの体積膨張を利用してインク滴を発生させ
るが、発熱体の大きさが小さくノズルを集積化すること
が比較的容易であり、したがって、記録に要する時間が
短くてすむ利点がある。しかしながら、きれいな気泡を
得るために、短時間に発熱体を１０００℃近くまで加熱
するため発熱体が劣化しやすく、インクジェットヘッド
の寿命が比較的短いという問題がある。

【０００６】これらの問題を解決するために、座屈構造
体を用いてインクに吐出圧力を加える方式が検討され、
たとえば、本出願人の出願に係る特願平５−２７８２７
１，特願平６−５５５２５等に開示されているが、さら
に吐出圧力を向上させ小型化することが要望される。

【０００７】本発明の目的は、座屈構造体を用いたイン
ク吐出圧力発生器を用い、小さな寸法を維持したまま大
きな吐出力を得ることができるインクジェットヘッドを
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドにおいては、インク吐出口とインク供給口とを有
しインクを満たす空間を備えた筐体の内部にインクを加
圧するための複数の座屈構造体を設け、各座屈構造体の
間には圧力の伝搬を阻止する隔壁を設けないようにし
た。

【０００９】

【作用】本発明によれば、複数の座屈構造体は、その平
面方向に圧縮力を与えられて座屈する。この座屈によ
り、複数個の座屈構造体の平面方向の変位量が厚み方向
の変位量に変換される。また座屈による変形では、その
平面方向の変位量が小さくても、その小さな変位量を厚
み方向に大きな変位量に変換することができる。このた
め、複数個のそれぞれの座屈構造体の寸法を大きくする
ことなく、大きな変位量を得ることが可能となり、それ
により大きな吐出力が得られる。また、複数個の座屈構
造体を座屈させるためには、複数個の座屈構造体をその
平面方向の両端部で固定すればよく、その構造は非常に
簡単である。この点からも寸法を小さくすることは容易
である。したがって、寸法を小さく維持したまま大きな
吐出力を得ることができるインクジェットヘッドが得ら
れる。

【００１０】そしてインク供給口を座屈構造体の変形方
向の背面に設置することにより、インク液に生じた圧力
がインク供給口から逃げなくなるため、インク吐出時の
エネルギ損失を少なくすることができ、インクの吐出を
効率よく行なうことができる。

【００１１】さらに、インク吐出口を、１つの容器に複
数個設け、これらに対応して設けられた座屈構造体を、
それぞれ独立して駆動させることにより、インク吐出口
の１つ１つを容器壁で仕切る必要がなくなるため、イン
ク吐出口のピッチを小さくすることができ、高解像化が
可能となる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例としては、１個のインク吐出
口に対して複数個の座屈構造体を用いる場合と、複数個
のインク吐出口と複数個の座屈構造体を用いる場合とが
ある。

【００１３】以下順を追って説明する。図１は、本発明
の一実施例の略断面図である。インクジェットヘッド１
０は次のように構成されいる。たとえば２個の座屈構造
体１，１がそれぞれ取付部材３，３を介して、筐体５の
内部に取付けられ、筐体５にはインク吐出口５ａとイン
ク供給口５ｂが設けられ、スイッチを介して電源９に接
続されている。インク吐出口５ａは座屈構造体１，１の
座屈方向と直角の方向に設けられている。

【００１４】２個の座屈構造体１，１は、導電性を有し
かつ弾性変形を生じる、たとえば、金属などの材料によ
り構成されている。また、２個の座屈構造体１，１は短
冊状である。２個の座屈構造体１，１の両端部には、そ
れぞれ電流を通電するための１対の電極１ａ，１ｂが設
けられている。一方の電極１ａはスイッチにより電源９
と接続可能である。すなわち、スイッチの開閉動作によ
り一方の電極１ａと電源９との接続，非接続を選択する
ことができる。また、他方の電極１ｂは接地状態とされ
ている。

【００１５】本実施例のインクジェットヘッド１０の動
作においては、まず、インク供給口５ｂよりインク１０
０が注入され、それにより容器内部がインク１００によ
り満たされ、２個の座屈構造体１，１はインク１１０に
浸された状態となる。

【００１６】この状態でスイッチが閉じられると、２個
の座屈構造体１，１に電流が流れ、２個の座屈構造体
１，１は抵抗発熱により加熱され、熱膨張を起こそうと
する。

【００１７】しかしながら、２個の座屈構造体１，１の
長手方向の両端部は取付部材３，３により筐体５に固定
されているため、膨張変形をすることができない。この
ため、２個の座屈構造体１，１にはそれぞれ長手方向の
両端部から矢印Ｆ₁方向に圧縮力Ｐ₁が与えられ蓄積さ
れる。この圧縮力Ｐ₁が２個の座屈構造体１，１の座屈
荷重Ｐ_cを超えると、２個の座屈構造体１，１は図２に
示すように座屈変形を起こす。

【００１８】図２において、この２個の座屈構造体１，
１の座屈により、筐体５の内部の空間を満たすインク１
００に圧力が加えられる。インク１００に加えられた圧
力はインク１００を伝搬し、インク１００はインク吐出
口５ａを通じてインクジェットヘッド１０の外部へ押出
される。これにより、インクジェットヘッド１０の外部
にインク滴１００ａが吐出する。このインク滴１００ａ
によりプリント面に印字がなされる。

【００１９】図３は、図１のインクジェットヘッドを集
積化した一例の分解斜視図である。図４は、図３のスペ
ーサと座屈構造体の配置を示す平面図である。図５は図
４のＸ−Ｘ線に沿う筐体１５ａ，１５ｂを含む全体の概
略断面図である。

【００２０】これらの図に示されるように、集積化され
た場合の本発明のインクジェットヘッド２０は、インク
カバー１２，スペーサ１４，筐体１５ａおよび１５ｂ等
から構成される。

【００２１】スペーサ１４は、たとえば１０〜５０μｍ
の厚さを有するステンレス鋼板よりなっている。スペー
サ１４には、このスペーサ１４を貫通し、圧力室および
インク吐出口を形成する複数個の開口１４ａが設けられ
ている。この開口１４ａは、たとえば打抜き加工により
形成される。

【００２２】筐体１５ａは、基板１６と、座屈構造体１
１と、取付部材１３とを有している。基板１６は、たと
えば面方位（１００）の単結晶シリコン基板により構成
されている。基板１６には、基板１６を貫通するテーパ
状の凹部１６ａが設けられている。また、基板１６の一
方の面上には、取付部材１３を介して座屈構造体１１が
設けられている。この座屈構造体１１は櫛歯状に形成さ
れ、それぞれからは外部電源との接続のために操作電極
１１ａと共通電極１１ｂとが引出されている。この操作
電極１１ａと共通電極１１ｂとは取付部材１３によって
基板１６に固設されている。各操作電極１１ａは、それ
ぞれスイッチを介して電源１９からの電流が開閉される
構成となっている。

【００２３】筐体１５ｂは、基板１６にテーパ状の凹部
１６ａが設けられていないこと以外は基本的には１５ａ
と同じ構造を有している。筐体１５ｂにも取付部材１３
を介して座屈構造体１１が取付けられている。

【００２４】インクカバー１２は、表面に所定深さを有
する凹部１２ａが設けられており、その凹部がインクカ
バー１２の一方の側部に通じてインク供給路となるべき
部分１２ｂを構成している。

【００２５】上述した筐体１５ａ，１５ｂはスペーサ１
４を介して、たとえば非導電性のエポキシ系接着剤によ
って接合されている。これにより各開口１４ａは、座屈
構造体１１がインクに圧力を加える空間（圧力室）、お
よびインク吐出口を構成する。

【００２６】筐体１５ａには、たとえばエポキシ系接着
剤によってインクカバー１２が固設されている。この
際、筐体１５ａに設けられたテーパ状の凹部１６ａとイ
ンクカバー１２に設けられた凹部１２ａとによりインク
室１８が構成される。また、このインク室１８に連通し
て外部に通ずるようにインク供給路１２ｂが構成され
る。このインク供給路１２ｂを通じて、外部のインク貯
蔵槽よりインク室１８へインク１００が供給される。

【００２７】このように、各部材が位置決めされて配置
されることにより、インク室１８と開口１４ａとにより
一続きの空間が構成される。このインク室１８にはイン
ク供給路１２ｂを通じて外部からインク１００を供給す
ることが可能であり、開口１４ａからは、インク吐出口
を通じて外部へインクを吐出することができる。インク
は上下１対の座屈構造体１１，１１により加圧される。
図５においては、筐体１５ａと筐体１５ｂとの間は開放
されているが、実際は大部分は封止され、たとえば、図
の左方スペーサ１４の各開口１４ａの開放端のそれぞれ
にインク吐出口が設けられる。

【００２８】図４〜図６の実施例においては、説明の簡
略化のため、上下４対の座屈構造体を有するマルチノズ
ルヘッドについて説明したが、座屈構造体の個数はこれ
に限定されるものではなく、任意に設計できる。

【００２９】次に、図６〜図１０について、本発明の集
積化したインクジェットヘッドの場合において、特に筐
体１５ａの製造方法の一例について説明する。

【００３０】図６〜図１０は、本実施例におけるインク
ジェットヘッドの筐体の製造方法の各工程の略断面図で
ある。

【００３１】まず、図６に示すように、面方位（１０
０）の単結晶シリコンよりなる基板１６が準備される。
この基板１６の表裏両面に６〜８％のリン（Ｐ）を含ん
だ酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層１７（以下ＰＳＧ層とい
う）がＬＰＣＶＤ装置によって、たとえば２μｍの厚さ
で成膜される。このＰＳＧ層１７は後の工程で取付部材
１３となる。

【００３２】次に、図７に示すように、基板１６の表面
に、後の工程で座屈構造体となるニッケル（Ｎｉ）層１
８が、たとえば電解めっきにより６μｍの厚さで成膜さ
れる。

【００３３】次に図８に示すように、Ｎｉ層１８にエッ
チングが施され所望の形状にパターニングされる。これ
により、Ｎｉ層１８からなる座屈構造体１１が形成され
る。

【００３４】次に図９に示すように、基板１６の裏面の
ＰＳＧ層１７がパターニングされる。このパターニング
されたＰＳＧ層１７をマスクとして、シリコン基板１６
に異方性エッチング液である水酸化カリウム（ＫＯＨ）
でエッチングが施される。このエッチングにより、シリ
コン基板１６を貫通するテーパ形状の凹部１６ａが形成
される。最後に図１０に示すように、シリコン基板１６
の裏面のＰＳＧ層１７のエッチング除去とともに、基板
１６の表面のＰＳＧ層１７も一部除去され、取付部材１
３が構成されることにより、所望の構成を有する筐体１
５ａが得られる。

【００３５】以下、１つの圧力室内に２個より多い座屈
構造体を設ける場合について説明する。

【００３６】図１１は５個の座屈構造体を１つの圧力室
内に設けた場合で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ断面図である。インクジェットヘッド１０は、直
方体の筐体５のインク吐出口の設けられている面以外の
各面に取付部材３を介して取付けられた５個の座屈構造
体１１，１１…を有し、筐体５には座屈構造体の座屈方
向と直角にインク吐出口５ａが設けられ、下部にはイン
ク供給口５ｂを設け、各座屈構造体１１はスイッチを介
して電源９に接続されている。スイッチを閉じることに
より、４個の座屈構造体１１の一方の電極に電圧が印加
される。これにより４個の座屈構造体１１，１１…に電
流が流れ、それらは筐体５の内方へ向かって座屈変形を
起こす。この座屈構造体の座屈により、インク１００に
圧力が加えられ、インク１００はインク吐出口５ａを通
じてインクジェットヘッド１０の外部へ押出され吐出す
る。

【００３７】図１２は筐体を円筒状にし座屈構造体を８
個設けた場合であって、（ａ）はその外観の斜視図、
（ｂ）は（ａ）のＡ断面を矢印ａの方向から見たもの、
（ｃ）は（ａ）のＢ断面を矢印ｂの方向から見たもので
ある。インクジェットヘッド１０は、８個の座屈構造体
１１，１１…が取付部材３，３…介して円筒状の筐体５
の内周壁に取付けられ、筐体５の両端にインク吐出口５
ａとインク供給口５ｂがそれぞれ設けられている。電源
９はスイッチを介して各座屈構造体に接続される。図面
を簡略化するために、１つの座屈構造体にのみ電極を示
したが、実際には８個の座屈構造体それぞれに電極が設
けられている。スイッチを閉じることにより、８個の座
屈構造体に電流が流れ座屈変形を起こす。これによりイ
ンク１００に圧力が加えられインク１００はインク吐出
口５ａを通じてインクジェットヘッド１０の外部へ押出
され吐出する。

【００３８】図１３は、図１の場合のインク供給口の位
置を変更したものの略断面図である。図１と異なるとこ
ろは、インク供給口５ｂが一方の座屈構造体１１の変形
方向の背面に位置することである。図１３のようにイン
ク供給口５ｂを座屈構造体１１の変形方向の背面に設置
することにより、インクに生じた圧力がインク供給口か
ら逃げなくなるため、インク吐出時のエネルギ損失を少
なくすることができ、インクの吐出を効率よく行なうこ
とができる。

【００３９】図１４（ａ）は図１のインク吐出口の位置
を直角に移動した場合の側面図であり、（ｂ）はそのＢ
−Ｂ断面図である。このようにインク吐出口５ａは筐体
５の壁面の任意の場所に設けることができる。

【００４０】図１５はさらに他の実施例の略断面図であ
り、筐体５の一方の面に長い座屈構造体１１を取付部材
３を介して取付け、これに対向する筐体５の他方の面に
インク吐出口５ａを設け、その両側に短い座屈構造体１
１−１，１１−１をそれぞれ取付部材３を介して取付け
る。電源９はスイッチを介して各座屈構造体に接続され
ている。

【００４１】以上のように本発明のインクジェットヘッ
ドにおいては、インク吐出口を容器の任意の面に設置す
ることにより、柔軟性のある設計が可能となる。

【００４２】図１６は、インク吐出口を１つの容器に複
数個設け、それぞれに対応する座屈構造体をそれぞれ独
立して駆動するようにしたものの断面図である。各座屈
構造体の間には圧力の伝搬を阻止する隔壁が設けられて
いない。このインクジェットヘッド１０は、１つの筐体
５に複数個のインク吐出口２５ａ…とこれらに対応して
それぞれ１個以上の座屈構造体２１…が取付部材２３を
介して設けられている。これらの座屈構造体２１…は、
インク吐出口２５ａ…に対応して異なる電源９−１…を
有しそれぞれスイッチを介して接続されている。各イン
ク吐出口に対応する座屈構造体２１は、それぞれが独立
して駆動できる。このように、１つの筐体５に複数個の
インク吐出口２５ａ…を設け、これに対応して設けられ
た座屈構造体２１を、それぞれ独立して駆動させること
により、インク吐出口２５ａの１つ１つを容器壁で仕切
る必要がなくなるため、インク吐出口２５ａのピッチを
小さくすることができ、高解像化が可能となる。

【００４３】座屈構造体の長辺を図面の直角方向に平行
に配置することにより、さらにピッチを小さくできる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、複数個の座屈構造体を
容器内部の任意の面に有効に配置することにより、イン
クジェットヘッドの寸法を小さく維持したまま大きな吐
出力を得ることが可能となる。また座屈構造体の背面に
インク供給口を設けることにより、インク液に生じた圧
力がインク供給口から逃げることなく、インク吐出時の
エネルギ損失を少なくすることができ、インクの吐出を
効率よく行なうことができる。インク吐出口を容器の任
意の面に設置することができるから設計の柔軟性が高く
なる。さらに、インク吐出口を、１つの容器に複数個設
け、これらに対応して設けられた座屈構造体をそれぞれ
独立して駆動させることにより、インク吐出口の１つ１
つを容器壁で仕切る必要がなくなるため、インク吐出口
のピッチを小さくすることができ、高解像化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の略断面図である。

【図２】本発明の一実施例の動作状態を説明するための
略断面図である。

【図３】本発明の集積化した一実施例の分解斜視図であ
る。

【図４】図３のスペーサと座屈構造体の配置を示す平面
図である。

【図５】図３を組立てた状態の略断面図である。

【図６】本発明の筐体の製造方法の一工程の略断面図で
ある。

【図７】本発明の筐体の製造方法の一工程の略断面図で
ある。

【図８】本発明の筐体の製造方法の一工程の略断面図で
ある。

【図９】本発明の筐体の製造方法の一工程の略断面図で
ある。

【図１０】本発明の筐体の製造方法の一工程の略断面図
である。

【図１１】（ａ）は本発明の一実施例の側面図であり
（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。

【図１２】（ａ）は本発明の一実施例の外観斜視図であ
り、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ（ａ）のＡ断面およ
びＢ断面図である。

【図１３】本発明の一実施例の略断面図である。

【図１４】（ａ）は一実施例の側面図であり、（ｂ）は
そのＢ−Ｂ断面図である。

【図１５】本発明の一実施例の略断面図である。

【図１６】本発明の一実施例の略断面図である。

【符号の説明】

１座屈構造体３取付部材５筐体５ａインク吐出口５ｂインク供給口９電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者的場宏次大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者平田進大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者石井頼成大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者寺島重男大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク吐出口とインク供給口とを有しイ
ンクを満たす空間を備えた筐体と、筐体の内部に設けた
インクを加圧するための複数の座屈構造体とを有し、各
座屈構造体の間には圧力の伝搬を阻止する隔壁を設けな
いことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】１つのインク吐出口から複数の座屈構造
体により加圧されたインクが吐出するように座屈構造体
を配置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。
【請求項３】インク供給口は座屈構造体の背面に設け
られていることを特徴とする請求項１または２記載のイ
ンクジェットヘッド。
【請求項４】複数のインク吐出口と、それぞれのイン
ク吐出口にそれぞれ対応して動作する１個以上の座屈構
造体とを備え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。