JP2000334943A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク流路の列の両端部の振動板によく現れ
る振動板撓み異常をなくして、列の両端部の流路からも
列の他の流路からのインク液滴の吐出と同等のインク吐
出特性を持つことができるインクジェット記録装置を提
供する。 【解決手段】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、振動板の流路側
と反対側に形成した振動室と、振動室の底面に振動板に
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で、ノズル、流
路、振動板、振動室、電極の組が等間隔に列をなして配
置されるインクジェット記録装置において、列の両端部
に、インク液滴の吐出には寄与しない、ダミーのノズ
ル、流路、振動板、振動室、電極の組を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ドの構成に関する。

【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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、通
常、基板に形成された等間隔に並ぶ溝の上側から、下面
に振動板となる薄膜を形成したもう一つの基板を貼り合
わせて作成するが、こうして作られたアクチュエータの
列の両端部の振動板は、列の他の振動板と比べて撓み方
が大きく異なる傾向を持つという問題があり、この撓み
のために、振動板と電極の間に同じ電気パルスを印加し
ても、両端部の流路だけ、他の流路とインクの吐出重量
や吐出速度が異なり、印字品質を損ねてしまうという問
題があった。また、上記の基板の貼り合わせに接着剤を
用いる場合、列の両端部の振動室や、振動室と同様に基
板に形成された溝の上側から別の基板を貼り合わせて作
成するインク流路の列の両端部は、隣接する貼り合わせ
箇所の面積が他より大きいため、そこから接着剤が流入
するケースが多く、そのために、印字品質及びヘッドの
信頼性を損ねてしまうという問題があった。

【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、列の両端部に位置する流路か
らの吐出特性も、他の流路からの吐出特性と変わらない
特性を示すことができる高印字品質で信頼性の高いイン
クジェット記録装置を提供することを目的としている。

【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、振動板の流路
と反対側に形成された振動室と、振動室の底面に振動板
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
ヘッド有するインクジェット記録装置で、上記のノズ
ル、流路、振動板、振動室、電極の組が等間隔に列をな
して配置されるインクジェット記録装置において、上記
の列の両端部に、インク液滴の吐出には寄与しないダミ
ーのノズル、流路、振動板、振動室、電極の組を配置す
ることを特徴としている。本発明によれば、従来インク
の液滴の吐出に寄与する振動板の列の両端部の振動板の
撓み方を、ダミーの振動板が代わりに受け継ぐこととな
り、インクの吐出に寄与する列の両端部の振動板に、イ
ンクの吐出に寄与する他の振動板と同様の撓み方をさせ
ることが可能となる。また、基板の接合に接着剤を用い
た場合、列の両端部の振動室や流路に接着剤が流入しや
すい問題に対しても、ダミーの振動室や流路が防波堤の
役割を果たすために、解決することができる。そのため
に、列の両端部と他の部分の流路とで等しいインクの吐
出特性と吐出速度を得ることができるようになり、印字
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。

【０００６】この場合において、列の両端に配置するダ
ミーのノズル、流路、振動板、振動室、電極の組をそれ
ぞれ複数ずつ配置しても良く、この場合インクの吐出に
寄与する列の再外郭の振動板の撓み方の違いを、より小
さいものにするという効果を奏する。また、基板を接着
剤で接合する場合にも、防波堤が増える形になるため、
インクの吐出に寄与する列の再外郭の振動室や流路に接
着剤が流入する可能性がより減少するという効果を奏す
る。

【０００７】また、この場合において、ダミーの流路、
振動板、振動室、電極の組のそれぞれの形状を、インク
の吐出に寄与する他の流路、振動板、振動室、電極のそ
れぞれの形状と同一のものにし、ダミーの組をインクの
吐出に寄与する組と等間隔で配置してもよく、この場合
インクの吐出に寄与する列の再外郭の振動板にかかる応
力の条件を、インクの吐出に寄与する他の振動板にかか
る応力の条件により近づけることができるため、撓み方
の違いをより抑えることができるという効果を奏する。

【０００８】また、この場合において、ダミーの流路、
振動板、振動室、電極の各形状をインクの吐出に寄与す
る流路、振動板、振動室、電極の同形状と同じにしたも
のを複数ずつ、インクの吐出に寄与する組の列の延長上
に、インクの吐出に寄与する組と同間隔に列の両端に配
置してもよく、その場合振動板の撓み方の違いの低減に
より効果的である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を用い
て本発明を詳細に説明する。

【００１０】図１は本発明の一実施形態に係るインクジ
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
ッジイジェ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
ェイスイジェ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。

【００１１】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。

【００１２】等間隔に形成されたノズル溝１１と凹部１
２と細溝１３の両端部に、第２の基板２や第３の基板３
と接合すると、後述するダミーのノズル孔４ａと振動板
５ａと吐出室６ａを形成することになるノズル溝１１ａ
と凹部１２ａが形成されるが、これらはインクを通す目
的が無いため、凹部１４との間を連通する細溝１３に相
当するものは持たない。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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凹部１５が
設けられている。凹部１５は第１の基板１と接合すると
振動板５をはさんで吐出室６と対向した形をとるよう
に、凹部１２と同間隔で配置されている。

【００１６】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、金をスパッ
タし、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２
２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。

【００１７】第１の基板１上の凹部１２と同様、第２の
基板上の凹部１５の列の両端部には第１の基板１と接合
すると、後述するダミーの振動室９ａを形成する凹部１
５ａが形成されている。また凹部１５ａの底面には、凹
部１５の底面と同様、個別電極２１が形成される。

【００１８】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。

【００１９】次に、第１の基板１と第２の基板２を温度
２７０〜４００℃、電圧５００〜８００Ｖの印可で陽極
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との間の長さは、凹部１５の深さと個別電極２１
の厚さとの差となり、この長さをギャップ長Ｇと呼ぶこ
ととする。

【００２０】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。振動室９には窒素ガスが挿入
され、絶縁封止剤３０により気密封止されており、本実
施例においては端子部２３の近傍にて封止されている。
本実施例では、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１
０５に印字される。

【００２１】インクジェットヘッド１０の駆動は、駆動
回路１０２から配線１０１を通して共通電極１７と個別
電極２１間に電圧パルスを印加した時、両電極間に働く
静電気力によって振動板５を動作させることによって行
う。電極間に与える電圧が等しい場合、上記のギャップ
長Ｇの大きさによって、電圧パルス印加の瞬間に発生す
る静電気力は変化するため、同一ヘッド上のギャップ長
Ｇは全て等しくなるように作成されることが望ましい。

【００２２】本実施例のように、第１の基板１の上面に
凹部１２を作成した結果できる凹部の底部が振動板５と
なり、第２の基板２に作成した凹部１５の上部に振動板
５が配置されるような形で第１の基板１と第２の基板２
を貼り合わせる構造を持つ場合、等間隔に並んだ列の両
端部の振動板が、列の他の振動板と撓み方が異なるとい
う傾向を持ち、そのために列の両端部のギャップ長のみ
が列の他の部分のギャップ長と大きく異なる値を持ち、
電圧パルスに対する列の両端の振動板の応答が他と異な
ってしまうという傾向がある。この現象の起こる理由
は、以下のように考えられる。

【００２３】第１の基板１と第２の基板２の接合箇所
は、第１の基板１の振動板５以外の箇所と第２の基板２
の凹部１５以外の箇所とになるが、振動板５は第１の基
板１の接合箇所と同一面上に振動板５が存在することに
なり、基板を接合する際に発生する応力の影響を受けや
すい状態にある。振動板５や振動板５を構成することに
なる凹部１２や、凹部１５は等間隔に並んでいるため
に、列の両端部を除いて、振動板にかかる接合による応
力の条件は、いずれもほとんど等しくなる。一方、列の
両端部に関しては、列の外側の方向の接合箇所の面積が
他と比べて大きくなるために、列の両端部の振動板にか
かる応力は、列の他の振動板にかかる応力と異なること
となり、その結果が振動板の撓み方の違いとなって現れ
ている。

【００２４】第１の基板１上に作成した凹部１２ａ及び
第２の基板２上に作成した凹部１５ａによって作成され
る、ダミーの吐出室６ａ、ダミーの振動板５ａ、ダミー
の振動室９ａによって、列両端部の振動板の撓み方の違
いを、インク液滴の吐出に寄与しないダミーの振動板５
ａに引き寄せることができ、その結果列両端部のノズル
から吐出されるインク液滴の吐出特性も改善することが
できる。

【００２５】第１の基板１上に作成するダミーのノズル
孔４ａを構成することとなるノズル溝１１ａは、インク
液滴の吐出には寄与しないものの、ノズル溝１１ａが無
い場合、第１の基板１と第２の基板２の接合時に凹部１
２ａから空気が逃げられなくなるためダミーの振動板５
ａを過度に撓ませ、隣接する基板接合部を介して隣接す
る振動板に影響を与える可能性があるため、必要とな
る。また同様に、第２の基板２上に作成されたダミーの
振動室９ａの底面に形成される個別電極２１は、インク
液滴の吐出には寄与しないものの、本実施例のように基
板同士の接合に陽極接合を用いる場合、同箇所に個別電
極２１が無いと、振動板５ａと振動室９ａの底面が接合
してしまうこととなり、過度に変形した振動板５ａの影
響が、隣接する基板接合部を介して隣の振動板に及ぶ可
能性があるため、必要である。

【００２６】本実施例においては、ダミーのノズル溝１
１ａ、凹部１２ａ、凹部１５ａは列の両端部に１つずつ
しか配置していないが、配置する余裕があれば、これら
を複数ずつ配置しても良い。振動板の撓み方の違いは、
両端部の１つずつのみが極端に大きいが、吐出特性に影
響を及ぼすほど撓みが異なる頻度は少ないものの、両端
より数列内側の列にもまだ若干の撓みの違いが残ること
がある。この振動板の撓みの違いも抑えたい場合は、よ
り列の内側の振動板の条件に近づけるために、ダミーの
吐出室６ａ、振動板５ａ、振動室９ａを列の両端部に複
数配置してやることが効果的である。

【００２７】本実施例においては、ダミーのノズル溝１
１ａ、凹部１２ａ、凹部１５ａの形状について言及して
いないが、これらをノズル溝１１、凹部１２、凹部１５
の形状と同一のものとし、ノズル講１１、凹部１２、凹
部１５と等間隔の位置に配置してもよい。この場合も、
インク液滴の吐出に寄与する再外郭の列の振動板にかか
る応力の条件を、列の内側の振動板の応力条件と全く同
等にすることができるため、振動板の撓み方の違いとな
る要因を省くことができ、効果的である。

【００２８】また、配置に余裕があるならば、ノズル溝
１１、凹部１２、凹部１５の形状と同一の形状を持つダ
ミーのノズル溝１１ａ、凹部１２ａ、凹部１５ａを、ノ
ズル溝、凹部１２、凹部１５の列の延長線上同間隔に配
置してもよく、この場合インク液滴の吐出に寄与する列
最外郭の振動板にかかる応力の条件は、上記の場合より
も、列の内側の振動板にかかる応力の条件に近くなるた
め、より効果的である。

【００２９】本実施例においては、基板同士の接合に陽
極接合を用いているが、接着剤を用いた接合としてもよ
い。この場合、第１の基板１上に形成した凹部１２ａや
第２の基板２上に形成した凹部１５ａは接合面の広い列
両端部から流れ込む接着剤の防波堤となるため、接着剤
の流路またはアクチュエータへの流入防止に役立つこと
となる。このダミーの凹部１２ａや凹部１５ａの数は多
いほど、防波堤が増える形となるので、効果的である。

【００３０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
等間隔に列をなして配置されたノズル、流路、振動板、
振動室、電極の組の外側にダミーのノズル、流路、振動
板、振動室、電極の組を配置することによって、従来イ
ンク液滴の吐出に寄与する列の両端部に位置する振動板
に現れていた撓み異常を、ダミーの振動板に受け継がせ
ることとなり、インクの吐出に寄与する列の両端部の振
動板は、インクの吐出に寄与する他の振動板と同様の撓
み方をさせることが可能となるため、位置に別なく均等
な吐出特性を持つ印字品質の高いインクジェットヘッド
を得ることができる。また、基板の接合に接着剤を用い
た場合、列の両端部の振動室や流路に接着剤が流入しや
すい問題に対しても、ダミーの振動室や流路が防波堤の
役割を果たすために、解決することができ、そのため
に、列の両端部と他の部分の流路とで等しいインクの吐
出特性と吐出速度を得ることができるようになり、印字
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。

【００３１】また、本発明によれば、上記のダミーのノ
ズル、流路、振動板、振動室、電極の組をそれぞれ複数
ずつ配置したために、インクの吐出に寄与する列の再外
郭の振動板の撓みの違いを、より小さいものになるとい
う効果を奏することができ、より印字品質の高いインク
ジェットヘッドを得ることができる。また、基板を接着
剤で接合する場合にも、流入する接着剤に対する防波堤
を増やす形になるため、インクの吐出に寄与する列の再
外郭の振動室や流路に接着剤が流入する可能性がより減
少し、より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。

【００３２】また、本発明においては、ダミーの流路、
振動板、振動室、電極の組のそれぞれの形状を、インク
の吐出に寄与する他の流路、振動板、振動室、電極のそ
れぞれの形状と同一のものにし、またダミーの組をイン
クの吐出に寄与する組と等間隔で配置したため、インク
の吐出に寄与する列の再外郭の振動板にかかる応力の条
件を、インクの吐出に寄与する他の振動板にかかる応力
の条件により近づけることができ、振動板の撓み方の違
いをより抑えることができるるため、より印字品質の高
いインクジェットヘッドを得ることができる。

【００３３】また、本発明においては、ダミーの流路、
振動板、振動室、電極の各形状をインクの吐出に寄与す
る流路、振動板、振動室、電極の同形状と同じにしたも
のを複数ずつ、インクの吐出に寄与する組の列の延長上
に、インクの吐出に寄与する組と同間隔に列の両端に配
置したため、振動板の撓み方の違いをより低減し、か
つ、基板の接合に接着剤を用いた場合は、接着剤がイン
ク液滴の吐出に寄与する流路や振動室に流れ込むことを
より抑制することができるようになり、印字品質及び信
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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図４】図１のインクジェットヘッドの断面側面図であ
る。

【図５】図５は図４のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ 第1の基板 ２ 第2の基板 ４ ノズル孔 ５ 振動板 ６ 吐出室 ９ 振動室 ４ａ ダミーのノズル孔 ５ａ ダミーの振動板 ６ａ ダミーの吐出室 ９ａ ダミーの振動室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、該振動板の該
   流路側と反対側に形成した振動室と、該振動室の底面に
   該振動板に対向して形成された電極とを有し、該振動板
   と該電極との間に電気パルスを印加し、該振動板を静電
   気力により変形させ、該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
   置で、該ノズル、該流路、該振動板、該振動室、該電極
   の組が等間隔に列をなして配置されるインクジェット記
   録装置において、該列の両端部に、インク液滴の吐出に
   は寄与しない、ダミーのノズル、流路、振動板、振動
   室、電極の組を配置することを特徴とするインクジェッ
   ト記録装置。
2. 【請求項２】前記のダミーのノズル、流路、振動板、振
   動室、電極の組の配置に関して、 インク液滴の吐出に
   寄与しないダミーの該組を、インク液滴の吐出に寄与す
   る該組の列の両端部に複数ずつ配置することを特徴とす
   る請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】前記のダミーの流路、振動板、振動室、電
   極の組の配置に関して、インク液滴の吐出に寄与する該
   組と、両端のインク液滴の吐出に寄与しないダミーの該
   組のそれぞれの形状を同一のものとし、インク液滴の吐
   出に寄与する該組と等間隔で配置することを特徴とする
   請求項１記載のインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】前記のダミーの流路、振動板、振動室、電
   極の組の配置に関して、インク液滴の吐出に寄与する該
   組の両端に、同組と同形状の、液滴の吐出に寄与しない
   ダミーの該組を複数ずつ、インクに寄与する該組の列の
   延長上に、インクに寄与する該組と等間隔で配置するこ
   とを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装
   置。