JP2000211138A

JP2000211138A - インクジェット・プリントヘッド、及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000211138A
Application number: JP2000001285A
Authority: JP
Inventors: Peter Joseph Hollands; ペーテル・ヨセフ・ホランス; Hendrik Willem Ellenkamp; ヘンドリク・ウイレム・エレンカンプ
Original assignee: Oce Technologies BV
Current assignee: Canon Production Printing Netherlands BV
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2000-08-02
Also published as: US6874869B1; DE60002109D1; DE60002109T2

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで製造することができるにも拘わら
ずインクチャネルを高精度で複製可能にすることができ
るインクジェット・プリンタヘッドを提供する。【解決手段】少なくとも１つの表面へエッチングされ
た複数のインク・チャネル（１４）を有するチャネル・
プレート（１２）、インク・チャネルに含まれるインク
を加圧するためインク・チャネルの各々に関連づけられ
たアクチュエータ（２２）、及びインク・チャネルと連
通するインク溜め（３２）を画定する手段（１０）を含
み、前記インク溜め画定手段が、チャネル・プレート
（１２）とは異なった物質から作られたベース部材（１
０）によって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの
表面へエッチングされた複数のインク・チャネルを有す
るチャネル・プレート、インク・チャネルに含まれるイ
ンクを加圧するためにインク・チャネルの各々に関連づ
けられたアクチュエータ、及びインク・チャネルと連通
するインク溜めを画定する手段を含むインクジェット・
プリントヘッドに関する。

【０００２】更に、本発明は、そのようなプリントヘッ
ドを製造するプロセスに関する。

【０００３】

【従来の技術】このタイプの通常のプリントヘッドの例
は、ＥＰ−Ａ−０６７１３７２に説明されている。イン
ク・チャネルは、チャネル・プレートの１つの表面で並
行して配列され、それらの間に狭い間隔を空けて相互に
平行に伸びている。各インク・チャネルは、その一端で
ノズルへ収束してノズル・アレイを形成し、インク・チ
ャネルと各々関連づけられたアクチュエータを付勢する
ことによって、複数のインク液滴を同時に吐出すること
ができる。高解像度プリンタでは、隣接したノズルの間
の空間はできるだけ小さいことが要求され、従ってイン
ク・チャネル、及びそれらを分離する壁部分は、幅方向
で非常に小さな寸法を有することが要求される。

【０００４】インク溜め画定手段及びチャネル・プレー
トは、シリコンのような物質から作られた１個の基板に
よって形成され、その基板の中に、インク・チャネルを
フォトリソグラフィック・エッチングによって形成する
ことができる。これは、インク・チャネル及びノズルの
微細構造を、高精度で形成できる利点を有する。インク
溜めを画定する空洞、及びインク溜めをインク・チャネ
ルの各々へ接続する供給路は、基板の適切な部分をエッ
チングにより取り除くことによって、シリコン基板の中
へ直接に形成される。

【０００５】代替方法として、チャネル・プレート及び
インク溜め画定手段を、１個のグラファイト・ブロック
で形成することが提案された。しかし、この場合、イン
ク・チャネルをチャネル・プレートの表面へカットしな
ければならず、インク・チャネル及びノズルの微細構造
を形成するプロセスがより複雑となるか、又は非常に小
さな粒子サイズを有するグラファイトを使用しなければ
ならず、これはインクジェット・プリントヘッドを高価
なものにする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低コ
ストで製造することができるにも拘わらずインク・チャ
ネルを高精度で複製可能に形成することのできる、プリ
アンブルに記載されるタイプのインクジェット・プリン
トヘッドを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、この目
的は、インク溜め画定手段が、チャネル・プレートの物
質とは異なった物質から作られるベース部材によって形
成されるという特徴によって達成される。

【０００８】その結果、比較的に大きな体積のインク溜
めを、時間のかかるエッチング・プロセスで形成する必
要はなく、インク溜めが形成される比較的大きなプリン
トヘッド部材は、比較的粗い粒状のグラファイト又はセ
ラミックのような、より安価な材料を成形、焼結、又は
機械加工することによって、低コストで製造することが
できる。比較的小さな体積のチャネル・プレートのみ
が、シリコン、微細粒子のグラファイト、又はセラミッ
クスのような、より高価な材料から作られ、インク・チ
ャネルの、また場合に応じてノズルの微細構造は、小量
の物質のみが除去されねばならないエッチング又は機械
加工プロセスで、高精度で形成することができる。従っ
て、材料のコストのみでなく、製造プロセスのコストも
著しく低減することができる。本発明の更に具体的かつ
選択的な特徴は、従属請求項に記載される。

【０００９】好ましい実施形態において、チャネル・プ
レート及びインク溜め画定部材は、別個の部材として製
造され、次にインク溜めと各インク・チャネルとの間の
流体接続が確立されるように、相互に突合せて組み立て
られ、例えば接着によって相互に固定される。この場
合、チャネル・プレート及びインク溜め画定部材を組み
立てる前に、インク・チャネルをエッチング又は機械加
工することができ、従って装置は小さな寸法でよく、及
び／又は、多数のチャネル・プレートを同時にエッチン
グすることができる。１つの適切な製造プロセスは請求
項７に記載される。

【００１０】代替方法として、エッチング可能物質、例
えばシリコンをインク溜め画定部材の一部分に直接付着
させ、次にインク・チャネルをエッチングによって形成
することができる。

【００１１】インクジェット・プリントヘッドの好まし
いデザインでは、ノズルは２つの並行な列に配列され
る。この場合、ノズルのそれぞれの列に関連づけられた
インク・チャネルは、単一チャネル・プレートの両面に
形成するか、インク溜め画定部材の一部分を挟む別個の
チャネル・プレートの表面に形成することができる。後
者の場合、チャネル・プレートとインク溜め画定部材の
間に大きな接触領域が形成され、従ってインク溜め画定
部材とチャネル・プレートとの間に良好な熱接触が存在
する。このことは、インク溜め及びインク・チャネルに
含まれるインクを加熱によって液化する必要があるホッ
トメルト・プリントヘッドの場合に、特に利点となる。

【００１２】本発明の好ましい実施形態を、これから図
面と組み合わせて説明する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１及び図２に示されるように、
本発明に従ったインクジェット・プリントヘッドは対称
構造を有し、主な構成部品としてグラファイト又はセラ
ミックから作られたベース・プレート１０及びエッチン
グ可能物質、好ましくはシリコンのような半導体物質か
ら作られたチャネル・プレート１２を含む。チャネル・
プレート１２は両側面を有し、その各面に、垂直方向に
伸びる複数の並列インク・チャネル１４がエッチングに
よって形成される。各々のインク・チャネル１４は、そ
の下端でノズル１６（図２）を形成するように収束し、
その上端で開放されている。インク・チャネル１４の開
放側面及びノズル１６は、チャネル・プレート１２と同
じ物質で作られ且つそれに強固に接着された柔軟性シー
ト１８によって覆われている。各シート１８の外面に
は、アクチュエータ・ブロック２０が接着されている。
アクチュエータ・ブロック２０は圧電セラミック物質か
ら作られ、垂直に伸びる複数の並列圧電指（フィンガ）
２２を形成する櫛状構造を有し、且つ指２２の各々に関
連づけられた電極（図示されていない）が設けられる。
アクチュエータ・ブロック２０の各々の外面には、柔軟
性導線ホイル２４が取り付けられるが、これは圧電指２
２を個々に付勢する複数の電気導線から形成されてい
る。

【００１４】アクチュエータ・ブロック２０はキャップ
２６によって保護されている。キャップ２６は、チャネ
ル・プレート１２の下端に取り付けられ、シート１８の
下端及びチャネル・プレート１２の端面２８へ接着され
ている。

【００１５】ベース部材１０は比較的に厚い上部３０を
有するプレート状の部材である。上部３０の中には、イ
ンク溜め３２及びフィルタ・エレメント（図示されてい
ない）の収容部３４が形成されている。ベース・プレー
ト１０の下部３６は、減少した厚さ及び幅を有し、その
下端に沿って伸びる窪み３８が形成されている。インク
供給路４０は、ベース・プレートの下部３６の断面部分
に対称に形成されている。インク供給路４０はインク溜
め３２と流体連通し、窪み３８の底部に開放されてい
る。

【００１６】図２に示されるように、チャネル・プレー
ト１２、柔軟性シート１８、及びアクチュエータ・ブロ
ック２０はベース・プレート１０の下端に取り付けられ
るユニットを形成し、チャネル・プレート１２及びシー
ト１８の頂部は窪み３８の中へ突き出ている。チャネル
・プレート１２の厚さは、ベース・プレート１０のイン
ク供給路４０を分離するウェブ部分４２の厚さよりも大
きい。従って、インク・チャネル１４の開放端は、イン
ク供給路４０を介してインク溜め３２と流体連通する。

【００１７】アクチュエータ・ブロック２０を越えて上
方へ突き出るシート１８の外面は、接着剤４４によって
窪み３８の側壁へ接着され、従ってインク供給路４０は
シールされ、チャネル・プレート１２はベース・プレー
トのウェブ部分４２と強固に係合している。

【００１８】柔軟性導線ホイル２４はベース・プレート
１０の両側に導出され、伸張力を受けないようにクラン
プ・バー４６によって保護され、クランプ・バー４６は
取り付けブロック４８（図１）と共にベース・プレート
の下部３６を取り巻くフレームを形成する。

【００１９】示された実施形態において、プリントヘッ
ドはホットメルト・インクジェット・プリントヘッドで
あり、周知のように、ベース・プレート１０を加熱する
ために加熱手段（図示されていない）が設けられ、従っ
てインク溜め３２、インク供給路４０、及びインク・チ
ャネル１４に含まれるホットメルト・インクは、液状に
維持される。所望ならば、抵抗加熱層が形成されるよう
に、例えばシリコン物質を適切にドープすることによっ
て、補助的な電気加熱手段をチャネル・プレート１２に
形成することができる。

【００２０】プリントヘッドが作動されるとき、電気信
号が導線ホイル２４を介して個々の圧電指２２へ与えら
れ、圧電指は関連づけられたインク・チャネル１４に対
して伸張及び収縮ストロークを実行する。従って、この
インク・チャネルを覆うシート１８は伸縮して、インク
・チャネルに含まれる液状インクは加圧され、インク液
滴がノズル１６を介して噴射される。

【００２１】図１及び図２から分かるように、ベース・
プレート１０に必要なバルク物質の量は、チャネル・プ
レート１２に必要な物質の量よりもかなり大きい。従っ
て、シリコンのような高価な物質で製造する必要がある
のは、比較的小さなチャネル・プレート１２のみである
ことは、本発明の重要な利点である。製造プロセスで
は、インク・チャネル１４及びノズル１６のパターン
は、フォトリソグラフィック・エッチング手法を使用し
てチャネル・プレート１２の双方の側面に高精度で形成
することができる。次に、インク・チャネルは柔軟性シ
ート１８で覆われ、そこへアクチュエータ・ブロック２
０が接着によって固定される。この段階で、チャネル・
プレート１２がベース・プレート１０へ未だ取り付けら
れていないという事実は、インク・チャネル１４に対す
るアクチュエータ・ブロックの圧電指２２の微調整を容
易にする。最後に、チャネル・プレート、柔軟性シート
１８、及びアクチュエータ・ブロック２０によって形成
されたユニットがベース・プレート１０へ取り付けら
れ、接着によって固定される。

【００２２】図３は変形実施形態を示す。そこでは、ベ
ース・プレート１０のウェブ部分４２は、図２に示され
る窪み３８を形成する代わりに、分離された２つのチャ
ネル・プレート１２の間に挟まれるサポート・プレート
４８を形成するように伸ばされる。この実施形態では、
２つのチャネル・プレートを形成するのに必要なシリコ
ン物質の量は、図２の場合よりも更に小さくなり、各チ
ャネル・プレートはインク・チャネル１４の列の１つだ
けを形成する。サポート・プレート４８の厚さは、好ま
しくはウェブ部分４２の厚さよりも小さく、従ってサポ
ート・プレート４８とウェブ部分４２との間に形成され
る肩部にチャネル・プレートを当接することができる。
この場合、柔軟性シート１８はやや厚いプレートから作
られ、このプレートは、突き出たサポート・プレート４
８の両側でベース・プレート１０の下端と当接して係合
し、且つその中央部分はアクチュエータ・ブロック２０
を収容すると共に必要な柔軟性を与えるためにエッチン
グによって除去されている。

【００２３】チャネル・プレート１２は、ベース・プレ
ート１０とチャネル・プレートとの間で良好な熱接触を
提供する接着剤によって、サポート・プレート４８の表
面へ固定される。

【００２４】これまで、本発明の特別の実施形態のみを
説明したが、従属請求項の範囲内で各種の変更が可能で
あることは、当業者に明らかであろう。

【００２５】ベース部材（１０）及びチャネル・プレー
ト（１２）には、グラファイトを使用することができ
る。その場合、ベース部材（１０）には、１０μｍより
も大きな粒子サイズを有する炭素粒子のグラファイトが
使用され、チャネル・プレート（１２）には、１０μ
ｍ、好ましくは３μｍよりも小さな粒子サイズを有する
炭素粒子のグラファイトが使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従ったプリントヘッドの、縦方向に断
面をとった組立分解斜視図である。

【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿って取られた、プリン
トヘッドの下部の拡大断面図である。

【図３】変形実施形態に従ったプリントヘッドの断面図
である。

【符号の説明】

１０ベース・プレート１２チャネル・プレート１４インク・チャネル１６ノズル１８柔軟性シート２０アクチュエータ・ブロック２２圧電指２４導線ホイル２６キャップ２８端面３０上部３２インク溜め３４収容部３６下部３８窪み４０インク供給路４２ウェブ部分４４接着剤４６クランプ・バー４８サポート・プレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの表面へエッチングされ
た複数のインク・チャネル（１４）を有するチャネル・
プレート（１２）、インク・チャネルに含まれるインク
を加圧するためにインク・チャネルの各々に関連づけら
れたアクチュエータ（２２）、及びインク・チャネルと
連通するインク溜め（３２）を画定する手段（１０）を
含むインクジェット・プリントヘッドであって、前記イ
ンク溜め画定手段が、チャネル・プレート（１２）とは
異なった物質で作られたベース部材（１０）によって形
成されることを特徴とする、インクジェット・プリント
ヘッド。
【請求項２】チャネル・プレート（１２）が、インク
溜め（３２）とインク・チャネル（１４）との間の流体
連通を確立するためにインク供給路（４０）が形成され
ているベース部材（１０）の表面との突合せ係合により
保持される、請求項１に記載のインクジェット・プリン
トヘッド。
【請求項３】チャネル・プレート（１２）が接着剤に
よってベース部材（１０）へ固定される、請求項１又は
２に記載のインクジェット・プリントヘッド。
【請求項４】ベース部材（１０）がグラファイトから
作られる、請求項１から３のいずれか一項に記載のイン
クジェット・プリントヘッド。
【請求項５】チャネル・プレート（１２）がシリコン
から作られる、請求項１から４のいずれか一項に記載の
インクジェット・プリントヘッド。
【請求項６】ベース部材（１０）の一部が、２つの別
個のチャネル・プレート（１２）の間に挟まれた支持プ
レート（４８）を形成する、請求項１から５のいずれか
一項に記載のインクジェット・プリントヘッド。
【請求項７】請求項１から６のいずれか一項に記載の
インクジェット・プリントヘッドを製造する方法であっ
て、チャネル・プレート（１２）、インク・チャネル
（１４）の開放面を覆う柔軟性シート（１８）、及びア
クチュエータ（２２）を形成するアクチュエータ・ブロ
ック（２０）が、ユニットを形成するために相互に組み
立て及び固定されるステップと、前記ユニットがベース
部材（１０）へ取り付けられるステップとを含む、イン
クジェット・プリントヘッドの製造方法。