JPH0284341A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インクの中に浸されてしＡる圧力発生部材に
電圧を印加して圧力発生部材を変位させ、ノズル形成基
板との間隙に存在するインクの圧力を高めてノズルから
インク滴を吐出させる機構のインクジェットヘッドに関
する。

〔従来の技術〕

複数のノズルを有するノズル形成基板と、ノズルの各々
と対向配置し、インクの中に浸されてし＼る圧力発生部
材とを備え、電圧印加により圧力発生部材を変位させ、
ノズル形成基板との間隙に存在するインクの圧力を高め
てノズルからインク滴を吐出させるオンデマンド型イン
クジェットヘッドは、例えば特公昭６０−８９５３号に
開示されており、このインクジェット機構は、圧力発生
部材がノズル形成基板に対し概ね垂直方向に変位する事
と、ノズルのインク流路が短い事により、インク滴の吐
出効率及び吐出安定性に優れ、かつインク中に気泡やゴ
ミ等が混入した場合でもその影響を受ける事無く正常に
動作し、更には、圧力発生部材が片持ちもしくは両持ち
梁構造である事により、電気機械変換効率が高く、低い
電圧で必要とする圧力発生部材変位をもたらす事が出来
るという特徴を有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

このタイプのインクジェットヘッドにおいては、圧力発
生部材とノズル形成基板との間隙の寸法が、インク滴の
吐出スピード・吐出量・吐出応答性といったインクジェ
ット特性に大きな影響を与える事が判っているものの、
加工・組立時の温度及びヘッド動作時のインク温度の影
響による各部品の熱歪により変動し適正な範囲に抑える
ことが事実上不可能であった。

そこで本発明はかかる従来技術の課題を解決するもので
あり、その目的とするところは、加工・組立時の温度及
びヘッド動作時のインク温度の熱による歪みで圧力発生
部材とノズル形成基板との間隙が変化することが少なく
安定して良好なインク吐出特性が得られるインクシェツ
トヘッドを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明におけるインクジェットヘッドは、弾性板と圧電
素子とノズル形成基板の各々の線膨張係数の比をある適
正範囲内にいる材料を選定したことを特徴とする。また
ノズル形成基板の材料を単結晶シリコンであることを特
徴とする。

〔作用〕

本発明の上記の構成によれば、加工・組立時の温度ある
いは動作時のインク温度による各部品の熱歪が少なく、
ノズル形成基板と圧電発生部材の間隙寸法が適正範囲内
に保たれる。

〔実施例〕

本発明における実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、本発明におけるインクジェットヘッドを搭載
した記録装置の一実施例を説明するための斜視図である
。記録媒体１は、送りローラー２゜３の押圧によりプラ
テン４に捲き回され、記録の進行に従い矢印５の方向に
搬送される。ガイド軸６．７に案内されプラテン４の軸
と平行な方向に移動可能なキャリッジ８上には、複数の
ノズルを有するインクジェットヘッド９が搭載されてお
り、矢印１０の方向に移動しつつ各々のノズルからイン
ク滴を吐出して記録媒体上にインク像を形成する。

第２図は、本発明におけるインクジェットヘッドの構造
、インク滴の吐出原理を説明するためのヘッド断面図で
ある。ノズル形成基板１１には、複数のノズル１２が設
けられ、各々のノズル１２には、圧電素子１４と弾性板
１３の積層材から成る圧力発生部材１５が対向配置され
、加熱部材１９により溶融あるいは軟化されたインク１
８中に浸された構造となっている。圧電素子１４に電圧
２０を印加すると、圧電索子工４が収縮し、弾性板１３
とで構成される圧力発生部材１５は、バイメタル作用に
よって、ノズルの方向２３へ変形する。この変形によっ
て圧力発生部材１５とノズル形成基板１１との間隙２１
に存在するインクの圧力が高まり、ノズル１２からイン
ク滴２５が吐出する。インク滴２５の吐出後の、圧力発
生部材１５の自由振動もしくは電圧２０の解除により圧
力発生部材１５の方向２４の変形により、圧力発生部材
１５とノズル形成基板１１との間隙２１へのインク供給
がなされ初期状態に復帰する。

本実施例における弾性板１３の材料はＳｉ、Ｗの２種で
行った。またノズル形成基板１１は＄１を異方性エツチ
ングにより加工した。また圧電索子１４はＰＺＴで行っ
た。

圧電索子１４には弾性板１３とセグメント電極１７を通
して電圧２０が印加される０弾性板１３とセグメント電
極１７は絶縁コート膜１６により電気的に絶縁されてい
る。

本発明のごとく、インク中に浸されている圧力発生部材
に電圧を印加して圧力発生部材を変形させ、ノズル形成
基板との間隙に存在するインクの圧力を高めてノズルか
らインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて
は、圧力発生部材１５とノズル形成基板１１との間隙の
寸法２２が、インク滴の吐出スピード・吐出量・吐出応
答性といったインクジェット特性に大きな影響を与える
。

筆者の実験では初期状態すなわち加温状態で圧力発生部
材への電圧２０が無印加時の、圧力発生部材とノズル形
成基板との間隙寸法２２が１〜２０μｍの場合に、上記
電圧２０に印加時に、十分な印字品質を得る、インク滴
の吐出が得られた。

また上記間隙寸法２２が１〜５μｍの場合にさらにより
印字品質が得られた。

第５図は、本発明の製造工程を示す。

まず結晶方向３１が（ｉｏｏ）のＳｉ単結晶ウェハー２
６を、結晶方位によるエツチングの選択性の利用（異方
性エツチング）により工程（ｂ）〜（ｇ）でノズル形成
基板１１を作る。工程（ｈ）で圧力発生部材１５をノズ
ル形成基板１１にＡｕ−３ｎの共晶接合で接合する。ろ
う付け、ハンダ付けでもよい。

本実施例の場合、圧力発生部材を接合後、ノズルに対向
配置するようにダイニングＭ／Ｃで分割した０分割後、
接合してもよい、また分割方法は、エキシマレーザ−な
どの紫外線レーザーで加工してもよい、圧力発生部材１
５は、前述のごとく圧電索子１４と弾性板１３により構
成され、圧電素子はＰＺＴで行った０弾性板は、圧電素
子との線膨張係数の比、すなわち下式１のＡｓ２またノ
ズル形成基板とのｕＡ膨張係数の比、すなわち下式の Ｂ≦１の材料を選定、具体的にはＳｉ、Ｗの２種で実施
し、両材料において良好な結果を得た。

上式Ａ、　　Ｈの数値を根拠とするところは、前述の数
値以外の場合には弾性板１３と圧電素子１４の接合時の
温度、また圧力発生部材１５とノズル形成基板１１との
接合時の温度、また本インクジェットヘッドの動作時の
インク温度等の影響により、前述の圧力発生部材とノズ
ル形成基板との間隙寸法２２が各部品の熱歪により変動
し寸法バラツキが大きくなり十分なインクジェット特性
が得られない。

第３．４図は本発明の他の実施例を示す。第３図は、ノ
ズル形成基板１１の、ノズル形成基板１１と圧力発生部
材１５との間隙寸法２２を形成する部分と弾性板１３と
を一体にした場合の実施例を示す。

第４図は圧力発生部材１５は片持ち梁構造の場合の実施
例を示す。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、インクジェットヘ
ッド構成部品が線膨張係数の近い材料ですべて構成され
るため、加工・組立時に受ける熱歪の影響が少なく、ま
たヘッド動作時の熱歪の影響が少なく、ヘッド特性上重
要である圧力発生部材とノズル形成部材との間隙が常に
均一に保たれる。

また前述のごとく加工・組立時の熱影響が少ないため、
加工・組立方法の選択に自由度があるとともに１１産性
に優れている。

また本発明の効果はインクが常温で使用するタイプの場
合も同様の効果を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明におけるインクジェットヘッドを搭載
した記録装置の＝実施例を説明するための斜視図、第２
図は本発明におけるインクジェットヘッドの構造、イン
ク滴の吐出原理を説明するためのヘッド断面図、第３．
４図は本発明の実施例２．３のヘッド断面図、第５図（
ａ）・（ｂ）（ｃ）・（ｄ）・（ｅ）　・（ｆ）・（ｇ
）　・（ｈ）は本発明におけるインクジェットヘッドの
製造工程を示す図。 ｌ・・・記録媒体 ９・・・インクジェットヘッド １１・・・ノズル形成基板 １２・・・ノズル １３・・・弾性板 １４・・・圧電素子 ５・・・圧力発生部材 ２２・・・間隙 以 上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のノズルを有するノズル形成基板と、前記ノ
   ズルの各々と対向配置し、インクの中に浸されている、
   圧電素子と該圧電素子に積層された弾性板とから成る圧
   力発生部材とを備え、電圧印加により前記圧力発生部材
   を変位させ、前記ノズル形成基板との間隙に存在するイ
   ンクの圧力を高めて前記ノズルからインク滴を吐出させ
   るインクジェットヘッドにおいて、 弾性板の材料が、下式Ａ≦５、Ｂ≦１を充足している事
   を特徴とするインクジェットヘッド。 弾性板の線膨張係数／圧電素子の線膨張係数＝Ａ弾性板
   の線膨張係数／ノズル形成基板の線膨張係数＝Ｂ（２）
   前記ノズル形成基板の材料が単結晶シリコンである事を
   特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。