JPH10114065A

JPH10114065A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH10114065A
Application number: JP27083996A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yasuhara; 正俊安原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2016-10-14
Also published as: JP3141793B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インク加圧用溝の形状を工夫した印字品質の
高いインクジェットヘッドを提供すること。【解決手段】複数のインク加圧用溝１１を有する圧電
材料からなるヘッド基板１ａと、インク加圧用溝１１全
体を覆う密封板２とを備え、ヘッド基板１ａの一方端に
インク噴出口９を形成すると共に当該ヘッド基板１ａの
他方端にインク供給口１０とを備えている。また、イン
クジェットヘッド１は、インク加圧用溝１１の深さがイ
ンク噴出口９側で浅く且つ中央部で深く形成されると共
に、インク噴出口９の近傍におけるインク加圧用溝１１
の底面が一定曲率半径の円弧状傾斜面となっている。更
に、インク加圧用溝１１相互間に位置する圧電材料部分
が、相互に異極性の電極１６ｃと１６ｂ及び１６ｄで挟
持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタに使用さ
れるインクジェットヘッドにかかり、特に圧電素子の変
形による圧力波でノズルからインク滴を吐出するインク
ジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プリンタに使用されるインク
ジェットヘッドとしては以下のようなものがある。即
ち、第１の従来例としては、図７に示すように、ガラ
ス、金属板などに化学的湿式エッチング等を用いて複数
のノズル６２、噴射流路６３、加圧室６４、供給路６５
を連通した溝として形成した基板６１と、振動板６８と
を積層、一体化した後、加圧室６４に対向する位置に圧
電素子６９を接着したものである。

【０００３】また、第２の従来例として、特開平０３−
２６６６４５号公報には、基板５１をシリコンまたはセ
ラミックスで構成して、ドライエッチング等の手法を用
いて溝を加工するものが開示されている。これを図８に
基づいて詳述すると、インクジェットヘッドの製造に際
しては、先ず、シリコンやセラミックスからなる基板５
１にドライエッチングにより溝を形成する。この溝は、
印字用のインクが滞留する加圧室５４となる。また、溝
の深さは各部で均一ではなく、図８に示すようにノズル
５２側及びインクの供給路５５側では浅く、中央部領域
では深くなっている。

【０００４】また、基板５１に所定の溝が形成された後
には振動板５８が上方から接着されて、上記した溝が覆
い隠される。これにより、溝と振動板５８によって囲ま
れた領域が一部を残して閉空間となる。また、基板５１
の一方端の溝は振動板５８との間に僅かに開口された状
態となっており、この部分がいわゆるノズル５２となっ
ている。更に、基板５１の他端部には、溝と振動板５８
によってインクの供給路５５が形成されている。従っ
て、消費された分のインクはこのインク供給路５５から
適宜補給されるようになっている。また、振動板５８に
は所定の圧電素子５９が貼り付けられている。

【０００５】この従来例にかかるインクジェットヘッド
の動作について概説すると、先ず、上位機から印字指令
が電圧値として圧電素子５９に伝達される。圧電素子５
９は、与えられた電圧に基づいて変形し、加圧室５４の
容積を減少させる。これにより、加圧室５４に充填され
ていたインクがノズル５２を通って外部に飛び出し、図
示しない印字用紙に印字がなされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来例にかかるインクジェットヘッドでは、加圧室から
ノズルに至るまでに所定の段差が形成されているので、
ノズル直前部に流れの淀み部が存在し、この領域に気泡
が滞留してしまう。気泡はインクの充填の際に加圧室内
に混入したり、その他の外乱に起因してノズル先端から
吸い込んだりする。一旦気泡が加圧室に混入すると、イ
ンク吐出動作が不安定となってしまうので、印字品質を
著しく低下させる、という不都合を生じていた。

【０００７】また、第２の従来例にかかるインクジェッ
トヘッドにおいては、上記した第１の従来例の有する不
都合は解消できるが、当該従来例では、エッチングとい
う加工手法を採っているので、加圧室やノズル近傍の形
状を精密に加工することは困難であり、段差を完全に取
り去ることは困難である、という不都合を生じていた。
特に、高い印字品質が求められるプリンタにおいては、
インクジェットヘッドの加工は精密でなければならな
い。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特にインク加圧用溝の形状を工夫した印字品
質の高いインクジェットヘッドを提供することを、その
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明では、複数のインク加圧用
溝を有する圧電材料からなるヘッド基板と、このインク
加圧用溝全体を覆う密封板とを備え、ヘッド基板の一方
端にインク噴出口を形成すると共に当該ヘッド基板の他
方端にインク供給口とを備えたインクジェットヘッドに
おいて、インク加圧用溝の深さをインク噴出口側で浅く
且つ中央部で深く形成すると共に、インク噴出口近傍に
おけるインク加圧用溝の底面を一定曲率半径の円弧状傾
斜面とし、インク加圧用溝相互間に位置する圧電材料部
分を相互に異なる極性の電極で挟持する、という構成を
採っている。

【００１０】以上のように構成されたことにより、先
ず、インク加圧用溝の内部に印字用のインクが充填され
る。そして、インク加圧用溝の両側の側壁壁を構成する
ヘッド基板としての圧電材料に電圧を加える。これによ
り、圧電材料は変形してインク加圧用溝内に圧力波が発
生する。この圧力波によってインク加圧用溝に連通する
インク噴出口からインク滴が吐出する。

【００１１】このとき、インク加圧用溝の底面はインク
噴出口の近傍にて一定曲率の傾斜面となって、滑らかに
狭くなるように形成されているので、インク加圧用溝内
でインクの淀み部は発生せず、印字品質に大きな影響を
与える気泡なども速やかに排出できる。

【００１２】また、請求項２記載の発明では、複数のイ
ンク加圧用溝の相互間にインクを充填しないダミー溝を
形成するという構成を採り、その他の構成は請求項１記
載の発明と同様である。以上のように構成されたことに
より、インク加圧用溝を構成する両側の側壁に電圧が加
えられると、圧電材料は変形する。この時、ダミー溝が
形成されていることにより、圧電材料の変形は容易に行
われる。また、ダミー溝内に電極を簡単に形成すること
ができる。

【００１３】また、請求項３記載の発明では、インク加
圧用溝の深さをインク供給口側で浅く且つ中央部で深く
形成すると共に、インク供給口近傍におけるインク加圧
用溝の底面を一定曲率の傾斜面とするという構成を採
り、その他の構成は請求項１又は２記載の発明と同様で
ある。以上のように構成されたことにより、インク供給
口から印字用のインクが供給された場合にも、インク加
圧用溝内が滑らかに形成されているので、インクはイン
ク加圧用溝の壁面に沿って流れ、インクの淀み部が発生
せず不要な気泡等も速やかに排出される。

【００１４】請求項４記載の発明では、インク加圧用溝
の底面全体をインク噴出口からインク供給口にわたり一
定曲率の連続した円弧面とするという構成を採り、その
他の構成は請求項１，２又は３記載の発明と同様であ
る。以上のように構成されたことにより、インク供給口
からインク噴出口に向けてインクが滑らかに流れ、イン
ク加圧用溝の全体にわたりインクの不要な乱流等が発生
しない。

【００１５】更に、請求項５記載の発明では、ヘッド基
板を構成する圧電材料の内、インク加圧用溝の側壁に対
応する部分の圧電材料のみ電極で挟持するという構成を
採り、その他の構成は請求項１，２，３又は４記載の発
明と同様である。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】〔第１の実施形態〕〔インクジェットヘッドの構成〕図１及び図２に基づい
てインクジェットヘッドの構成を説明すると、インクジ
ェットヘッド１は、複数のインク加圧用溝１１を有する
圧電材料からなるヘッド基板１ａと、インク加圧用溝１
１全体を覆う密封板２とを備え、ヘッド基板１ａの一方
端にインク噴出口９を形成すると共に当該ヘッド基板１
ａの他方端にインク供給口１０とを備えている。また、
インクジェットヘッド１は、インク加圧用溝１１の深さ
がインク噴出口９側で浅く且つ中央部で深く形成される
と共に、インク噴出口９の近傍におけるインク加圧用溝
１１の底面が一定曲率半径の円弧状傾斜面となってい
る。更に、インク加圧用溝１１相互間に位置する圧電材
料部分が、相互に異極性の電極１６ｃと１６ｂ及び１６
ｄで挟持されるという構成を採っている。

【００１８】以下詳述すると、ヘッド基板１ａは圧電セ
ラミックから構成されており、所定のベース６に担持さ
れている。また、ヘッド基板１ａはインクジェットヘッ
ド１の基本的な構成要素となっているので、後述するイ
ンク加圧用溝１１を形成し、またインク供給室４を担持
できるように充分な大きさが確保されている。

【００１９】ヘッド基板１ａの表面には略円弧状のイン
ク加圧用溝１１が形成されている。このインク加圧用溝
１１は、印字用のインク（図示略）を内部に貯留し、所
定の圧力を発生させてインクを外部に噴出させるための
ものである。インク加圧用溝１１の断面形状は、図１中
のＸ−Ｘ線における断面図である図２に示すように、略
矩形となっている。また、図２から判るように、インク
加圧用溝１１の両側には、所定のダミー溝１５ａが形成
されている。このダミー溝１５ａは、圧電効果によるイ
ンク加圧用溝１１の体積変化を容易とするためのもので
ある。

【００２０】また、ヘッド基板１ａの上には、インク加
圧用溝１１のほぼ全体を覆うように密封板２が接着され
ている。この密封板２はインク加圧用溝１１を覆うこと
によりインク加圧用溝１１を密閉空間とし、インクを確
実に噴出させるために設けられている。また、図１に示
すように、密封板２とインク加圧用溝１１の一端部には
印字用のインクが噴出するインク噴出口９が形成されて
いる。本実施形態では、ノズルプレート３に穿孔された
穴がインク噴出口９となっているが、このノズルプレー
ト３を設けず、直接ヘッド基板１ａと密封板２とで構成
するようにしてもよい。

【００２１】密封板２の所定領域であって、インク加圧
用溝１１の他端部近傍にはインク供給口１０が形成され
ている。このインク供給口１０は、密封板２の上に担持
されるインク供給室４からのインクの通り道となるもの
である。

【００２２】また、圧電材料からなるヘッド基板１ａに
対する電気的接続のために、電気的パターンが形成され
外部との接続用コネクタ５が取り付けてあるベース６に
ヘッド基板１ａが接着されている。そして、ボンディン
グワイヤ７によってヘッド基板１ａとベース６が接続さ
れ、さらにボンディングワイヤ７に保護のシールド８が
施されている。

【００２３】上記インク加圧用溝１１の内部には、圧電
材料を駆動するための電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１
６ｄが設けられている。一方、ヘッド基板１ａの上面に
は電極は装備されていない。即ち、上面にマスキングを
施してインク加圧用溝１１の内部にのみ電極１６ａ，１
６ｂ，１６ｃ，１６ｄを形成し、その後マスキングを剥
がしても良いし、全面に電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，
１６ｄを形成した後、上面をラッピングすることによ
り、上面に付いた電極用材料を取り去るようにしても良
い。

【００２４】更に、インク加圧用溝１１内には、電極１
６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの劣化を防止すると共
に、インクに電流が流れないようにするための保護層１
４が形成されている。水性のインクは、導電性があり、
電流が流れると固定分が析出して堆積し、インク噴出口
９を詰まらせたりしてインクジェットヘッド１の信頼性
を損なうからである。このための保護層１４は、絶縁性
のものでインクに浸されず、電極１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，１６ｄにも悪影響を与えないものであれば良い。Ｓ
ｉＯ₂等をＣＶＤやスパッタで積層しても良いし、他の
材料をコーティングしても良い。

【００２５】また、ヘッド基板１ａには、圧電材料に形
成された壁１７ａ，１７ｂを圧電素子として機能させる
ために、インク加圧用溝１１の両側のダミー溝１５ａに
形成された電極１６ｂ、１６ｄから圧力室１１に形成さ
れた電極１６ｃ方向（図２中の矢印方向）に電圧が加え
られて分極処理がなされるようになっている。

【００２６】〔インクジェットヘッドの製造〕インク加
圧用溝１１は、ダイシングブレード（図示略）にて形成
される。実際には先ず、圧電材料からなるヘッド基板１
ａの上面からインク加圧用溝１１ａの深さまで垂直に加
工する。その後必要に応じてインク加圧用溝１１の長さ
（図１の左右方向）分平行にダイシングブレードを移動
させて加工し、その後垂直上方に持ち上げる。このよう
ようにすることにより、インク加圧用溝１１の前後に一
定の曲率を持った傾斜面が形成される。

【００２７】インク噴出口９の近傍のノズルプレート３
に連通する空間の加工に関しては、インク噴出口９の内
径に合わせた適当な深さのところで溝列と直角方向に切
断する。例えば、ダイシングブレードで加工されたイン
ク加圧用溝１１の最左端部を切断すると、密封板２とイ
ンク加圧用溝１１との空間は小さなものとなる。一方、
インク加圧用溝１１の中央方向に近い側で切断するほど
深い空間が形成される。

【００２８】〔インクジェットヘッドの動作の説明〕図
２及び図３に基づいてインクジェットヘッドの動作を説
明する。先ず、インク噴出させたいインク噴出口９に対
応するインク加圧用溝１１に形成された電極１６ｃを共
通電極とし、インク加圧用溝１１の左右両側のダミー溝
１５ａに形成された電極１６ｂ、１６ｄを個別電極とし
てある。そして、電極１６ｂ及び１６ｄと電極１６ｃの
相互間に、駆動のための電気信号が供給される。電圧が
加えられると圧電材料の壁１７ａ、１７ｂは、高さ方向
には縮み、幅方向には膨らむ（図３参照）。変形前と変
形後の体積変化によりインク加圧用溝１１内には、圧力
波が発生し、圧力波はインク噴出口９まで伝搬し、イン
ク噴出口９からインクが噴出する。

【００２９】噴出した分のインクは、インク供給口１０
を通ってインク供給室４から補給される。インク供給室
４へは図示しない外部のインクタンクから補給されるよ
うになっている。

【００３０】〔第２の実施形態〕次に、本発明の第２の
実施形態について図４を参照して説明する。図４に示す
インク加圧用溝１１は、ダイシングブレード（図示略）
にて、ヘッド基板１ａの上面からインク加圧用溝１１の
深さまで垂直下方に降下して溝を形成し、そのままダイ
シングブレードを垂直に上昇させることによって形成さ
れている。従って、インク加圧用溝１１には一定深さの
部分がなく、円弧部のみであり、インク加圧用溝１１の
両側壁の変形によって圧力波を発生させるようになって
いる。他の部分については第１の実施形態と同様であ
る。

【００３１】〔第３の実施形態〕次に本発明の第３の実
施形態について図５を参照して説明する。図５に示すイ
ンク加圧用溝１１におけるインク供給室４側には、円弧
部が形成されておらず、そのまま開放された状態となっ
ている。密封板２にはインク供給口は形成されておら
ず、インク供給室１１の深さのままインク供給室４に連
通されている。

【００３２】このため、側面から見て扁平のＬ字型の断
面となるように圧電材１が加工されている。この加工
は、インク加圧用溝１１を加工し、電極１６ｃを形成し
た後で保護層１４の形成前に行われる。Ｌ字型加工は、
厳密にはインク加圧用溝１１の深さより１０μｍ程度浅
く加工される。そして、残った浅溝に形成されている電
極が電極取り出しのパターンとなる。

【００３３】〔第４の実施形態〕次に本発明の第４の実
施形態について図６を参照して説明する。図６では、イ
ンクの噴出方向が上記した各実施形態と異なり、圧電材
料１ａの上方向に噴出するようになっている。即ち、密
封板２にインク噴出口９が設けられており、ノズルプレ
ートは設けられていない。その他の構成は、第１の実施
形態と同様である。

【００３４】ここで、分極及び電圧印加方向は、上記記
載の方向に限定されるものではなく、上記と逆でも良
い。また、他の伸縮モード（圧電素子の分極方向と駆動
のための電圧印加方向が同じである）動作のインクジェ
ットヘッド（分極方向と電圧印加方向が圧電材の厚さ方
向である）や、圧電素子の分極方向と駆動のための電圧
印加方向が直角方向であるせん断モード（電圧印加方向
は、実施形態で示した方向と同じで、分極方向が圧電材
料の厚さ方向である、等）での動作のインクジェットヘ
ッドでも良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、インク
加圧用溝の深さをインク噴出口側で浅く且つ中央部で深
く形成すると共に、インク噴出口近傍におけるインク加
圧用溝の底面を一定曲率の傾斜面とし、インク加圧用溝
近傍の圧電材料を相互に異なる極性の電極で挟持すると
いう手段を採っている。このため、インク噴出口近傍で
の淀み部が生じず、インクが円滑に噴出され、印字品質
を高めることができる、という優れた効果を生じる。

【００３６】また、複数のインク加圧用溝の相互間にダ
ミー溝を設けたので、インク加圧用溝を構成する圧電材
料からなる側壁に電圧が加えられると、容易にインク加
圧用溝が変形できる、という優れた効果を生じる。ま
た、ダミー溝によって容易に電極を形成することができ
る、という優れた効果を生じる。

【００３７】また、インク供給口側のインク加圧用溝も
一定曲率の傾斜面としたので、インク供給室からインク
加圧用溝にインクが供給される場合にもインクが滑らか
に流れ、不要な気泡や乱流が発生せず、印字品質を高め
ることができる、という優れた効果を生じる。

【００３８】更に、インク加圧用溝の両端部は、ダイシ
ングブレードを垂直におろし、平行加工し、また垂直に
上げるだけで、その他の余分な加工や手間が不要となる
ので、上記のような優れた機能を有するインクジェット
ヘッドを簡易に製造することができる、という優れた効
果を生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にの第１の実施形態を示す側方断面図で
ある。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線における断面図を示し、特に
インク加圧用溝の変形前の状態を示す図である。

【図３】図１中のＸ−Ｘ線における断面図を示し、特に
インク加圧用溝の変形後の状態を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す側方断面図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施形態を示す側方断面図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施形態を示す側方断面図であ
る。

【図７】従来例を示す側方断面図である。

【図８】他の従来例を示す側方断面図である。

【符号の説明】

１インクジェットヘッド１ａヘッド基板（圧電材料）２密封板３ノズルプレート４インク供給室９インク噴出口１０インク供給口１１インク加圧用溝１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のインク加圧用溝を有する圧電材料
からなるヘッド基板と、このインク加圧用溝全体を覆う
密封板とを備え、前記ヘッド基板の一方端にインク噴出
口を形成すると共に当該ヘッド基板の他方端にインク供
給口とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記インク加圧用溝の深さを前記インク噴出口側で浅く
且つ中央部で深く形成すると共に、前記インク噴出口近
傍におけるインク加圧用溝の底面を一定曲率半径の円弧
状傾斜面とし、前記インク加圧用溝相互間に位置する前記圧電材料部分
を相互に異なる極性の電極で挟持したことを特徴とする
インクジェットヘッド。
【請求項２】前記複数のインク加圧用溝の相互間にイ
ンクを充填しないダミー溝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。
【請求項３】前記インク加圧用溝の深さを前記インク
供給口側で浅く且つ中央部で深く形成すると共に、前記
インク供給口近傍におけるインク加圧用溝の底面を一定
曲率の傾斜面とした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ヘッド。
【請求項４】前記インク加圧用溝の底面全体を前記イ
ンク噴出口からインク供給口にわたり一定曲率の連続し
た円弧面としたことを特徴とする請求項１，２又は３記
載のインクジェットヘッド。
【請求項５】前記ヘッド基板を構成する圧電材料の
内、前記インク加圧用溝の側壁に対応する圧電材料部分
のみ前記電極で挟持したことを特徴とする請求項１，
２，３又は４記載のインクジェットヘッド。