JP4243341B2

JP4243341B2 - インクジェットヘッド

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Publication number: JP4243341B2
Application number: JP2001102824A
Authority: JP
Inventors: 博道駒井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP2002292867A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置を含む。）に用いられるインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドとして、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通するインク液室（吐出室、インク流路、インク室、圧力室、加圧室、加圧液室などとも称される。）と、インク液室の壁面を形成する第一電極を兼ねる振動板と、これに対向する電極（第二電極）とを備え、振動板を静電力で変形させてノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
このような静電型インクジェットヘッドにおいては、低電圧駆動化を図るために振動板と電極間の距離（ギャップ）を０．０５〜２．０μｍの範囲に設定するようにしているが、このように振動板と電極間のギャップが小さい場合、振動板の変形時に振動板と電極で形成される振動室内の空気圧力が上昇し、振動板の変形が阻害され、所望の変位量が得られない、いわゆるエアーダンパー効果が発生する。
【０００４】
そこで、従来の静電型インクジェットヘッドにおいては、例えば特開平７−２９９９０８号公報に記載されているように振動板と電極によって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、このアクチュエータ容積Ｖと、振動板によって排除される容積ΔＶの比が２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲にすることが提案されている。
【０００５】
また、特開平１１−３４３１９号公報に記載されているように振動板直下以外の振動板基板と電極基板間のギャップを振動板直下の間隔より大きくしたり、各振動室に連通し、大気開口する開口を設けてエアーダンパー効果を低減することが提案されている。
【０００６】
一方、このような振動板と電極間の微小ギャップは、振動板の正常な動作を行うために外部よりの塵埃や湿気から遮断される必要がある。そこで、特開平６−７１８８２号公報にはエポキシ系接着剤でギャップを封止する方法が、特開平１０−２６４３８１号公報には低融点硝子を用いてギャップを封止する方法が、また特開平１１−２８６１０９号公報には封止されたギャップの気圧変化を補償する方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実験を繰り返したところ、アクチュエータ容積Ｖとしては振動板直下の容積のみがエアーダンパー効果の低減に大きな効果を及ぼし、振動板直下以外の容積を増加してもエアーダンパー効果の低減効果が小さいことが判明した。
【０００８】
そのため、上述した従来のインクジェットヘッドのように、アクチュエータ容積Ｖと振動板によって排除される容積ΔＶの比を２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲にするという数値限定をしたところで、実際のインクジェットヘッドにおけるエアーダンパ効果の低減効果が得られることにはならない。
【０００９】
まして、振動板直下以外の振動板基板と電極基板間のギャップを振動板直下の間隔より大きくしたり、各振動室に連通して大気開口する開口を設けるだけでは、十分なエアーダンパ効果の低減ができない。
【００１０】
さらに、振動室の開口部をエポキシ系接着剤や低融点硝子を用いて封止した場合、ギャップ内圧力が気圧変化や温度変化によって変化して振動板の変位特性が変動し、安定した振動板変位が得られないという課題がある。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、エアーダンパ効果を有効に低減することを目的とし、更に気圧変化や温度変化による振動板変位特性の変動を防止することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板と電極によって形成される振動室に連通する第一の空気室を電極基板に設けるとともに、一方の端が複数の第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に連通する第二の空気室を設けたものである。
【００１３】
ここで、第二の空気室は、一方の端が千鳥状に配列された２列のノズル列に対応した複数の奇数列、偶数列の第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に連通することが好ましい。また、第二の空気室は、その一方の端が、複数の第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に複数の開口で連通していることが好ましい。
【００１４】
また、複数の振動室の開口部を第一の封止材で封止するとともに、複数の第一の空気室に連通する、第二の空気室の大気開口部を第二の封止材で封止することが好ましい。
【００１５】
さらに、複数の振動室の開口部を第一の封止材で封止するとともに、複数の第一の空気室に連通する、第二の空気室の大気開口部を弾性部材を介して封止することが好ましい。この場合、第二の空気室の大気開口部を封止する弾性部材は、その弾性率が振動板の弾性率より小さいことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係るインクジェットヘッドの第１実施形態の全体構成について図１乃至図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドの振動板長手方向に沿う要部拡大断面説明図、図４は同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部拡大断面図である。
【００１９】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた第一基板である流路基板（振動板基板）１と、この流路基板１の下側に設けたシリコン基板又はパイレックスガラス基板或いはセラミックス基板等を用いた第二基板である電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第三基板であるノズル板３とを備え、インク滴を吐出するノズル４が連通するインク液室である吐出室６、各吐出室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００２０】
流路基板１にはノズル４が連通する複数の吐出室６及びこの吐出室６の壁面である底部をなす振動板１０（電極を兼ねている）を形成する凹部を形成し、ノズル板３にはノズル４となる孔及び流体抵抗部７を形成する溝を形成し、また流路基板１と電極基板２には共通液室８を形成する貫通部を形成している。
【００２１】
ここで、流路基板１は、例えば単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板２と接合した後、吐出室６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板１０が高精度に形成される。
【００２２】
また、流路基板１としては、シリコン基板であるベース基板と活性層基板とを酸化膜を介して接合したＳＯＩ（Ｓilicon Ｏn Ｉnsulator）基板を用いることもできる。この場合、厚さ１〜３μｍほどのシリコン活性層を振動板１０に用いる。
【００２３】
なお、振動板１０に別途第一電極となる電極膜を形成してもよいが、上述したようにシリコン基板を用いて振動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板１０の電極基板２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳiＯ₂等の酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ₄等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、成膜手法を用いたりすることができる。
【００２４】
また、電極基板２にはｐ型或いはｎ型の単結晶シリコン基板を用いて、熱酸化法などで酸化膜２ａを形成し、この酸化層２ａに振動室１６を形成するための凹部１４を形成して、この凹部１４底面に振動板１０に所定のギャップを置いて対向する電極１５を設け、これらの振動板１０と電極１５とによって静電型アクチュエータ部を構成している。この電極基板２には振動室１６に連通する空気室等を形成しているが、その詳細については後述する。
【００２５】
また、電極１５表面にはＳiＯ_２膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ_４膜などの窒化膜系絶縁膜からなる誘電絶縁膜１７を成膜している。なお、上述したように電極１５表面に絶縁膜１７を形成しないで、振動板１０側に絶縁膜を形成することもできる。さらに、電極１５としては、金、或いは、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属などを用いることができる。
【００２６】
これらの流路基板１と電極基板２とはシリコンの直接接合で接合している。
【００２７】
ノズル板３には、多数のノズル４を形成するとともに、共通液室８と吐出室６を連通するための流体抵抗部７を形成する溝部を形成している。ここでは、インク吐出面（ノズル表面側）には撥水性皮膜を成膜している。このノズル板３にはステンレス基板を用いているが、この他、エレクトロフォーミング（電鋳）工法によるニッケルメッキ膜、ポリイミド等の樹脂にエキシマレーザー加工をしたもの、金属プレートにプレス加工で穴加工をしたもの等でも用いることができる。
【００２８】
また、撥水性皮膜は、フッ素系樹脂微粒子であるポリテトラフルオロエチレン微粒子を分散させた電解又は無電解ニッケル共析メッキ（ＰＴＦＥ−Ｎi共析メッキ）によるメッキ皮膜で形成することができる。
【００２９】
このインクジェットヘッドではノズル４を二列（ノズル列４Ａと４Ｂ）配置し、この各ノズル列４Ａ、４Ｂに対応して吐出室６、振動板１０、電極１５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室８を配置して、左右の吐出室６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００３０】
そして、電極１５は外部に延設して接続部（電極パッド部）１５ａとし、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ２０をワイヤボンドによって搭載したＦＰＣケーブル２１を異方性導電膜などを介して接続している。
【００３１】
さらに、インクジェットヘッド全体をフレーム部材２５上に接着剤で接合している。このフレーム部材２５にはインクジェットヘッドの共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給穴２６を形成しており、またＦＰＣケーブル２１等はフレーム部材２５に形成した穴部２７に収納される。
【００３２】
このフレーム部材２５とノズル板３との間はエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤２８にて封止し、撥水性を有するノズル板３表面のインクが電極基板２やＦＰＣケーブル２１等に回り込むことを防止している。
【００３３】
そして、このヘッドのフレーム部材２５にはインクカートリッジとのジョイント部材３０が連結されて、フレーム部材２５に熱融着したフィルタ３１を介してインクカートリッジからインク供給穴２６を通じて共通液室８にインクが供給される。
【００３４】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、振動板１０を共通電極とし電極１５を個別電極として、振動板１０と電極１５との間に駆動波形を印加することにより、振動板１０と電極１５との間に静電力（静電吸引力）が発生して、振動板１０が電極１５側に変形変位する。これにより、吐出室６の内容積が拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部７を介して共通液室８から吐出室６にインクが充填される。
【００３５】
次いで、電極１５への電圧印加を断つと、静電力が作用しなくなり、振動板１０はそれ自身のもつ弾性によって復元する。この動作に伴い吐出室６の内圧が上昇し、ノズル５からインク滴が吐出される。再び電極に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板は電極側に引き込まれる。
【００３６】
そこで、このインクジェットヘッドにおける本発明の構成について図４のほか図５及び図６をも参照して詳細に説明する。なお、図５は同ヘッドの電極基板の上面説明図、図６は同ヘッドの要部平面説明図である。
電極基板２には、図４及び図５に示すように、振動板１０と電極１５によって形成される振動室１６にスリット４０を介して連通する第一の空気室４１を設けるとともに、一方の端が複数の第一の空気室４１に共通に連通し、他方の端が大気に連通する第二の空気室４２を設けている。このように電極基板２の電極１５に下方側に空気室４１を形成することで、大幅な工程増加を招くことがなく、また空気室４１を設けることによるヘッドのチップサイズの増加及びこれに伴なうコストの増加を抑えることができる。
【００３７】
この場合、第二の空気室４２は、一方の端がノズル４が千鳥状に配列された２列のノズル列４Ａ、４Ｂに対応した複数の奇数列、偶数列の第一の空気室４１に共通に連通し、他方の端が大気に連通している。この場合、各ノズル列４Ａ、４Ｂ毎に第一の空気室４１に一方の端が連通し、他方の端が大気に開口する大気開口部４２ａを有する第二の空気室４２を独立して設けることもできる。また、図７に示すように、第二の空気室４２の大気開口部４２ａを電極基板２の同じ端部側に複数形成することもできる。
【００３８】
そして、各振動室１６の開口部１６aを第一の封止材４６で封止している。この封止材４６としてはガスバリヤー性に優れた材料、例えばエポキシ系接着剤（例えば、エイブルボンド社製３４２−３：商品名）などを用いている。なお、この第一の封止材４６による封止を行う際に、封止材４６より微少なガスが発生する場合もあるが、第一の封止を行うときには、スリット４０及び第一の空気室４１を通じて振動室１６に連通している大気開口側（第二の空気室４２）が封止されていないので、ガス発生に伴う振動板１０の変形をさけることができる。
【００３９】
また、第二の空気室４２の大気開口部４２ａは第二の封止材４７で封止している。このとき、大気開口部４２ａは振動板１０より弾性率が小さい弾性部材４８を介して封止している。これにより、第二の封止材４７で封止された場合のガス発生、気密封止された後の気圧変化、温度変化に伴う圧力変化等を弾性率の小さい弾性部材４８で吸収することができて、圧力変化等による振動板１０の変形を防止して、振動特性がばらつくことを防止できる。
【００４０】
また、この弾性部材４８はガスバリヤー性に優れる材料が好ましく、エチレンビニルアルコール共重合樹脂を、弾性率の小さい高密度ポリエチレン樹脂ではさみこんだ積層部材が特に好ましい。なお、第二の空気室４２の大気開口部４２ａを複数設けることで、気圧変化、温度変化に伴う圧力変化を弾性部材４８で吸収際に、弾性部材４８の面積が大きくなり、吸収効果が増加する。
【００４１】
そこで、このインクジェットヘッドにおけるエアーダンパ効果の低減作用について図４をも参照して説明する。
先ず、振動板１０と電極１５間で構成されるギャップ空間である振動室１６の容積Ｖは、振動板１０の短手方向長さをａ、長手方向長さをｂ、ギャップ長をδとすると、ほぼＶ＝ａ×ｂ×δとなる。一方、振動板１０の変形時の排除容積ΔＶは、ΔＶ＝８×ａ×ｂ×δ／１５となる。なお、ここでは、振動板１０の変位量としてδを採用しているが、これは振動板１０を電極１５に当接させて駆動するいわゆる当接駆動方式の方が低電圧化、インク滴吐出量の均一化の点で優れるからである。
【００４２】
ところで、このような当接駆動方式の場合、第一の空気室４１を設けないで凹部１４底面を平坦面としたとき（図８の例）、振動室１６の容積（アクチュエータ容積）Ｖと排除容積ΔＶの比Ｖ／ΔＶは、約Ｖ／ΔＶ＝１５／８で、２以下の値となる。ここで、実験を繰り返した結果、エアーダンパー効果は、アクチュエータ容積Ｖとしては、振動板直下の振動室容積の増加のみが大きな効果を及ぼし、振動板直下以外の容積増加にエアーダンパ効果の低減効果は小さいことが判明した。
【００４３】
そこで、この実施形態のように、電極基板２の振動板１０に略対向する部分、すなわち、ここでは凹部１４底面の電極１５を形成しない部分に振動室１６に臨むスリット４０を介して振動室１６に連通する第一の空気室４１を設けることによって、実効的な振動室容積Ｖを大きくし、Ｖ／ΔＶの値を大きくすることができて、エアーダンパー効果を低減でき、低電圧駆動で安定した振動板変位を得ることができる。
【００４４】
この場合、第一の空気室４１を電極基板２内部に設けてスリット４０を介して振動室１６に連通させることで、電極形成面（凹部１４底面）の面積の減少が少なく、電極形成面積が減少して静電力が低下することを回避できる。そして、第一の空気室４１の幅をスリット４０の幅よりも広くすることで、大きな容積の第一の空気室４１を確保することができる。
【００４５】
ここで、この実施形態に係るインクジェットヘッドの具体例について製造工程を含めて説明する。電極基板２としては結晶面方位（１００）のシリコン基板を用いて、熱酸化法で厚さ２μｍの酸化膜２ａを形成した。そして、熱酸化膜２ａにドライエッチング法により振動室１６となる凹部１４を深さ０．６μｍで形成した。この凹部１４の底面には厚さ０．１５μｍのＴｉＮからなる電極１５をスパッタリングにより成膜し、ドライエッチングによりパターニングした。電極保護膜１７としてＳｉＯ_２を厚さ０．１５μｍになるようにＰ−ＣＶＤ法で成膜し、ドライエッチングによりパターニングした。
【００４６】
次いで、凹部１４底面の電極１５周辺に幅４μｍ、振動板長さ１ｍｍに対して長さ１．１ｍｍの切り欠き（スリット４０）をドライエッチングによりシリコン基板（電極基板２）の熱酸化膜２ａがない領域に到達する深さまで形成した。その後、レジストパターンを形成して切り欠き部のみを露出させ、ドライエッチングを行うことにより、電極基板２の内部に等方性エッチングで得られる形状とほぼ同じ形状の第一の空気室４１を形成した。
【００４７】
このとき、第一の空気室４１の大きさはエッチング時間で変化させることができ、第一の空気室４１の形状を台形で近似したとき、上辺長さ１６μｍ、下辺長さ６μｍ、深さ１２μｍの第一の空気室４１とした。熱酸化膜２ａの切り欠き部（スリット４０）容積を除いても、第一の空気室４１全体の容積Ｗと排除容積ΔＶの比Ｗ／ΔＶは「１２」を越える値となった。
【００４８】
一方、流路基板１としてはシリコン基板が熱酸化膜を介して接合されたＳＯＩ基板を使用し、このＳＯＩ基板と電極基板２を温度９００℃の条件で直接接合した後、ＳＯＩ基板の面方位（１１０）のＳｉをウエットエッチングによりエッチングして、吐出室６等となる凹部を形成すると同時に板厚３μｍの振動板１０を形成した。
【００４９】
そして、振動室１６の開口部を第一の封止材４６としてのエポキシ系接着剤を用いて封止した。その後、第二の空気室４２の大気開口部４２ａを第二の封止材４７で弾性部材４８を介して封止した。
【００５０】
また、比較例として、図８に示すように第一の空気室４１及びスリット４０を形成しないインクジェットヘッドを製作した。
【００５１】
そして、これらの各インクジェットヘッドのアクチュエータの振動変位量をレーザードップラー計で測定した。この結果、振動板１０が電極１５表面の保護膜１７に当接を開始する電圧は、第一の空気室４１を設けた場合の方が約６Ｖ低く、第一の空気室４１が実質的にも振動室１６として機能し、その効果の大きいことを確認した。
【００５２】
また、第一の空気室４１のないアクチュエータの場合、駆動周波数を２０ＫＨｚ以上にすると振動板１０の変位が不安定になる現象が確認されたが、第一の空気室２１を設けた場合にはこのような周波数変化に対する振動変位の不安定現象がないことが確認された。
【００５３】
さらに、ノズル板３を透明のガラス板で構成し、第一の封止材４６及び第二の封止材４７による封止を行った後に、高温槽内で温度変化をさせながら、振動板１０の変形をレーザードップラー計で測定した。この結果、振動板１０の変位量は、温度変化に対してほぼ一定で、弾性部材４８が圧力を吸収することが確認された。
【００５４】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態について図９乃至図１１を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図、図１０は同ヘッドの電極基板の上面説明図、図１１は同ヘッドの平面説明図である。
このインクジェットヘッドでは、電極基板２に、電極１５の中央部に形成したスリット５０を介して振動室１６に連通する空気室５１を形成するとともに、電極基板２の裏面側には空気室５１を大気に連通する大気開口部５２を形成したものである。
【００５５】
ここで、電極基板２の大気開口部５２は、図１１に示すように千鳥状に配列された２列のノズル列４Ａ、４Ｂに対応して複数の奇数列、偶数列の空気室５１に図１０に示すように連通している。また、振動室１６の開口部は前述した第一の封止材４６で封止すると共に、電極基板２の大気開口部５２は弾性部材５３を介して図示しない第二の封止材（前述した第二の封止材４７と同じもの）で封止している。
【００５６】
この場合、第一の封止材４６による封止を行う際に、封止材４６より微少なガスが発生する場合もあるが、第一の封止を行うときには、スリット５０及び空気室５１を通じて振動室１６に連通している大気開口部５２が封止されていないので、ガス発生に伴う振動板１０の変形をさけることができる。
【００５７】
また、電極基板２の大気開口部５２を封止している弾性部材５３は、その弾性率が振動板１０の弾性率より小さく、ガスバリヤー性の高い樹脂材料を、弾性率の小さい樹脂材料で積層した樹脂材料である。例えば、前述したように、エチレンビニルアルコール共重合樹脂を、弾性率の小さい高密度ポリエチレン樹脂ではさみこんだ積層部材が特に好ましい。
【００５８】
ここで、この実施形態に係るインクジェットヘッドの具体例について製造工程を含めて説明する。前記第１実施形態と同様に、電極基板２としては結晶面方位（１００）のシリコン基板を用いて、熱酸化法で厚さ２μｍの酸化膜２ａを形成した。そして、熱酸化膜２ａにドライエッチング法により振動室１６となる凹部１４を深さ０．６μｍで形成した。この凹部１４の底面には厚さ０．１５μｍのＴｉＮからなる電極１５をスパッタリングにより成膜し、ドライエッチングによりパターニングした。電極保護膜１７としてＳｉＯ_２を厚さ０．１５μｍになるようにＰ−ＣＶＤ法で成膜し、ドライエッチングによりパターニングした。
【００５９】
次いで、凹部１４底面の電極１５中央部に周辺に幅４μｍ、振動板長さ１ｍｍに対して長さ１．１ｍｍの切り欠き（スリット５０）をドライエッチングによりシリコン基板（電極基板２）の熱酸化膜２ａがない領域に到達する深さまで形成した。その後、レジストパターンを形成して切り欠き部のみを露出させ、ドライエッチングを行うことにより、電極１５の直下に等方性エッチングで得られる形状とほぼ同じ形状の空気室５１を形成した。
【００６０】
このとき、空気室５１の大きさはエッチング時間で変化させることができ、空気室５１の形状を台形で近似したとき、上辺長さ１６μｍ、下辺長さ６μｍ、深さ１２μｍの空気室５１とした。
【００６１】
さらに、電極基板２の裏面からＫＯＨによる等方性エッチングを行い、各空気室５１に連通する電極基板裏面側の大気開口部５２を形成した。
【００６２】
なお、ここでも、流路基板１としてはシリコン基板が熱酸化膜を介して接合されたＳＯＩ基板を使用し、このＳＯＩ基板と電極基板２を温度９００℃の条件で直接接合した後、ＳＯＩ基板の面方位（１１０）のＳｉをウエットエッチングによりエッチングして、吐出室６等となる凹部を形成すると同時に板厚３μｍの振動板１０を形成した。
【００６３】
そして、振動室１６の開口部を第一の封止材４６としてのエポキシ系接着剤を用いて封止した。その後、電極基板裏面の大気開口部５２を前記第二の封止材４７を用いて弾性部材５３を介して封止した。
【００６４】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態について図１２及び図１３を参照して説明する。
このインクジェットヘッドにおいても、電極基板２に電極１５の中央部及び酸化膜２ａに形成したスリット５０を介して振動室１６に連通する空気室５１を形成している。これらのスリット５０及び空気室５１は、その一方の端は各振動室１６に共通に、更に千鳥状に配置された各振動室１６の列に共通に連通している。また、そして、スリット５０及び空気室５１を共通に引き出した引き出し部５５の底部は電極基板２の裏面側に形成した大気開口部５６を介して大気開口している。
【００６５】
ここで、振動室１６の開口部は前述した第一の封止材４６で封止すると共に、電極基板２の大気開口部５６は前述した弾性部材（前述した弾性部材５３と同じもの）を介して第二の封止材（前述した第二の封止材４７と同じもの）で封止している。
【００６６】
そこで、これらの第２、第３実施形態のアクチュエータの振動変位量をレーザードップラー計で測定した。この結果、振動板１０が電極基板２に当接を開始する電圧は、空気室５１を設けた場合の方が約６Ｖｏｌｔ低く、空気室５１が振動室として機能し、その効果の大きいことが確認された。また、空気室５１のないアクチュエータの場合、駆動周波数を２０ＫＨｚ以上にすると振動変位が不安定になる現象が確認されたが、空気室５１を設けた場合にはこのような周波数変化に対する振動変位の不安定現象がないことが確認された。
【００６７】
また、振動板１０の変形の観察を容易にするため、ノズル板をガラス板で構成し、振動変位を測定した。第一、第二の封止を行った後に、高温槽内で温度変化をさせながら、振動板１０の変形をレーザードップラー計で測定した。この結果、振動板１０の変位量は温度変化に対してほぼ一定で、弾性部材が圧力を効果的に吸収することが確認された。
【００６８】
なお、上記実施形態においては、本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、振動板変位方向とインク滴吐出方向と直交するエッジシュータ方式のインクジェットヘッドにも同様に適用することができる。さらに、インクジェットヘッドだけでなく液体レジスト等を吐出させる液滴吐出ヘッドなどにも適用できる。また、振動板と液室基板とを同一基板から形成したが、振動板と液室基板とを別体にして接合することもできる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、振動板と電極によって形成される振動室に連通する第一の空気室と、一方の端が複数の第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に連通する第二の空気室を設けたので、実効的な振動室容積が増加し、振動板変形時に排除される容積との比が大きくなり、エア−ダンパー効果を著しく低減でき、低電圧駆動で安定した振動板変位を得ることができる。
【００７０】
ここで、第二の空気室は、一方の端が千鳥状に配列された２列のノズル列に対応した複数の奇数列、偶数列の第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に連通することで、ノズル密度を増加しつつエア−ダンパー効果を著しく低減できる。また、第二の空気室は、その一方の端が、複数の第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に複数の開口で連通していることで、開口を弾性部材を介して封止するときに弾性部材の開口に接する面積が大きくなって圧力変動の吸収効果が上がる。
【００７１】
また、複数の振動室の開口部を第一の封止材で封止するとともに、複数の第一の空気室に連通する、第二の空気室の大気開口部を第二の封止材で封止することで、振動室内への塵、湿気の侵入を防止して振動板変位特性の変動を防止することができる。
【００７２】
さらに、複数の振動室の開口部を第一の封止材で封止するとともに、複数の第一の空気室に連通する、第二の空気室の大気開口部を弾性部材を介して封止することで、封止後の温度、気圧などの環境変化によって振動板が変形することを防止できる。
【００７３】
この場合、第二の空気室の大気開口部を封止する弾性部材は、その弾性率が振動板の弾性率より小さいことで、封止後の温度、気圧などの環境変化に対して弾性部材が先に変形し、より確実に振動板の変形を防止できる。また、第二の空気室の大気開口部を封止する弾性部材は、ガスバリヤー性の高い樹脂材料を、弾性率の小さい樹脂材料で積層した樹脂材料とすることで、第二の空気室への外気等の侵入を確実に防止できる。
【００７４】
本発明に係るインクジェットヘッドによれば、振動板と電極によって形成される振動室に連通する空気室を電極基板に設けるとともに、この電極基板の裏面側には空気室を大気に連通する大気開口部を形成したので、実効的な振動室容積が増加し、振動板変形時に排除される容積との比が大きくなり、エア−ダンパー効果を著しく低減でき、低電圧駆動で安定した振動板変位を得ることができる。
【００７５】
ここで、電極基板の大気開口部は、千鳥状に配列された２列のノズル列に対応した複数の奇数列、偶数列の空気室に共通に連通していることで、ノズル密度を高くしつつエアーダンパ効果を著しく低減できる。
【００７６】
また、振動室の開口部を第一の封止材で封止すると共に、電極基板の大気開口部を第二の封止材で、弾性部材を介して封止することで、振動室内への塵、外気の侵入などによって振動板の振動特性が変動することを防止できるとともに、気圧、温度などの環境変化による圧力変動を弾性部材で吸収することできて、より確実に振動板の振動特性の変動を抑えることができる。
【００７７】
この場合、電極基板の大気開口部を封止する弾性部材は、その弾性率が振動板の弾性率より小さいことで、封止後の温度、気圧などの環境変化に対して弾性部材が先に変形し、より確実に振動板の変形を防止できる。また、電極基板の大気開口部を封止する弾性部材は、ガスバリヤー性の高い樹脂材料を、弾性率の小さい樹脂材料で積層した樹脂材料とすることで、第二の空気室への外気等の侵入を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの第１実施形態を示す分解斜視説明図
【図２】同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図
【図３】同ヘッドの振動板長手方向に沿う要部拡大断面説明図
【図４】同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図
【図５】同ヘッドの電極基板の上面説明図
【図６】同ヘッドの平面説明図
【図７】同ヘッドの第二の空気室の他の例を説明する電極基板の上面説明図
【図８】同ヘッドの作用説明に供する比較例のヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図
【図９】本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態を示す振動板短手方向に沿う断面説明図
【図１０】同ヘッドの電極基板の上面説明図
【図１１】同ヘッドの平面説明図
【図１２】本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態を示す振動板短手方向に沿う断面説明図
【図１３】同ヘッドの電極基板の上面説明図
【符号の説明】
１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…振動板、１４…凹部、１５…電極、１６…振動室、４０…スリット、４１…第一の空気室、４２…第二の空気室、４６…第一の封止材、４７…第二の封止材、４８…弾性部材、５０…スリット、５１…空気室、５２…大気開口部、５３…弾性部材。

Claims

ノズルと、このノズルに連通するインク液室と、このインク液室の壁面の一部を形成する振動板と、この振動板に対向して配置され、電極基板上に形成された電極を有し、前記振動板と前記電極との間に発生させる静電力で前記振動板を変形させることにより前記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おいて、
振動板と電極によって形成される振動室に連通する第一の空気室を前記電極基板に設けるとともに、
一方の端が複数の前記第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に連通する第二の空気室を設けた
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第二の空気室は、一方の端が千鳥状に配列された２列のノズル列に対応した複数の奇数列、偶数列の第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に連通することを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第二の空気室は、その一方の端が、複数の第一の空気室に共通に連通し、他方の端が大気に複数の開口で連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記複数の振動室は前記振動板と前記電極基板との間で形成される開口部を通じて開口し、前記複数の振動室の開口部を第一の封止材で封止するとともに、複数の第一の空気室に連通する、第二の空気室の大気開口部を第二の封止材で封止したことを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、複数の振動室の開口部を第一の封止材で封止するとともに、複数の第一の空気室に連通する、第二の空気室の大気開口部を弾性部材を介して封止したことを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項５に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第二の空気室の大気開口部を封止する弾性部材は、その弾性率が前記振動板の弾性率より小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。