JPH041051A - インクジェット記録装置 - 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】 肢生分互 本発明は、インクジェット記録装置に関し、例えば、プ
リンター、プロッター、複写機等に適用されるものであ
る。

従」ｑ【４ 本発明に係る従来技術として、特公昭６０−８９５３号
公報や特開昭６２−９４３４７号公報がある。特公昭６
０−８９５３号公報は１片側又は両側支持の圧電変換器
を、液体中へ配置して圧電変換器の曲げ振動により、液
滴をノズルより吐出させるものであり、また、特開昭６
２−９４３４７号公報は、片持梁（２層構造）ヒーター
の曲げによる運動エネルギーとヒーター加熱による気泡
発生とにより、その体積排除との相乗効果によって液滴
をノズルより吐出させるものである。

しかしながら、特公昭６０−８９５３号公報のものは１
次のような欠点がある。すなわち、■非導電性インクの
使用が必要である。一般に非導性インク（油性インク）
には溶剤が使われるため、接着剤の劣化を招いたり、記
録紙上の画像に滲みやボケが出やすい。■導電性インク
を使用するためには絶縁処理が必要であり、立性を悪く
したりコスト高となる。０２層構造（圧電変換器と金属
の組合せ）では接着工程か必要で、組立性を損うと同時
に振動変位のバラツキの原因となる。■圧電変換器と金
属との切断工程が必要であり、組立工程のバラツキが発
生し易く、集積度の向上が期待できない。

また、特開昭６２−９４３４７号公報のものは。

次のような欠点がある。すなわち、■液中で作用させる
ため（液中にもヒータ一部がある）保護膜を必要とする
。■インクが加熱するためインク設計に特別の配慮が必
要である。■梁部が加熱されるため、いわゆるバブルジ
ェット等で知られている耐キヤビテーシヨン層等を必要
とし、製造工程が複雑である。■金属と酸化膜等の少く
とも２層構造であり、製造工程が複雑となる。

また、先に出願したものとして特願平１−４２５１２号
があるが、これはノズルと梁部材が屈曲してインク吐出
する状態での梁部材の角度が平行よりずれているため、
インク吐出効率が悪い。

■−−匁 本発明は、上述のごとき欠点を解決するためになされた
もので、梁部材を発熱体の熱エネルギーで変位させるこ
と、あるいは、発熱体を設けることなく電磁波エネルギ
ーを利用することにより記録ヘッド構成を簡単化したイ
ンクジェット記録装置を提供することを目的としてなさ
れたものである。

碧−−」父 本発明は、上記目的を達成するために、（１）ノズルと
、該ノズルに近接して対向し、記録液中に配置されて少
なくとも一端が支持された梁部材とから成り、該梁部材
の屈曲運動により、記録液滴をノズルより吐出させて記
録するインクジェット記録装置において、前記梁部材の
支持部に記録液と分離して発熱体を設け、該発熱体の熱
エネルギーにより前記梁部材を屈曲運動させること、或
いは、（２）ノズルと、該ノズルに近接して対向し、記
録液中に配置されて少なくとも一端が支持された梁部材
とから成り、該梁部材の屈曲運動により、記録液滴をノ
ズルより吐出させて記録するインクジェット記録装置に
おいて、前記梁部材の支持部の少くとも一部に電磁波エ
ネルギーを吸収させて、該梁部材を屈曲運動させること
、更には。

（３）前記梁部材が単一層よりなること、更には、（４
）梁部材がＳｉ又はＳｉＣ２よりなること、或いは、（
５）ノズルと、ノズルに近接して対向し、記録液中に配
置されて少くとも一端が支持された梁部材からなり、該
梁部材の屈曲運動により、記録液滴をノズルより吐出さ
せて記録するインクジェット記録装置において、前記梁
部材の屈曲時のノズルに対向する部分が、ノズル構成部
材に対して略平行に配置されること、更には、（６）前
記梁部材が静止状態でノズル構成部材に対してあらかじ
め所定の角度θの関係で対向配置されていること、更に
は、（７）前記梁部材が静止状態でノズル構成部材に対
して平行に配置され、前記梁部材の屈曲時のノズルに対
向する部分をテーパー形状とすることを特徴とするもの
である。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

まず、第３図及び第４図により本発明に必要な梁の製造
方法の一例を説明する。第３図は片持梁の場合、第４図
は両持梁の場合の製造方法を示す図で、図中、１はＳｉ
ウェハー、２はＳｉ０９層、３はヒーター位置、４は５
１０２がら成る片持梁、５は空洞、６はＳｉから成る両
持梁である。

片持梁の場合は、（１００）Ｓｉウェハー１上にＳｉｎ
、層２を形成して第３図（ａ）のような層構成とし、Ｓ
ｉｎ、層２を第３図（ｂ）の様にパターン形成する。そ
の後、エッチャントとしてＦＤＰやＫＯＨを用いると異
方性エツチングによる断面が第３図（ｃ）で示されるＳ
ｉＣ２がら成る片持梁４が製作される。

両持梁の場合は、（１００）Ｓｉウェハー１上にＳｉｎ
、層２を形成して第４図（ａ）のような層構成とし、Ｓ
ｉｎ、層２を第４図（ｂ）の様にパターン形成する。こ
れに異方性エツチングを行ない両持梁を加工後にＳｉｎ
２層２をＨＦ等で除去すると第４図（ｃ）で示されるＳ
ｉの両持梁６が製作される。第４図（ｄ）は、第４図（
Ｃ）のＡ−Ａ’断面図である。これらの例の様にＳｉや
ＳｉＯ２より成る単層の片持梁又は両持梁は、Ｓｉの異
方性エツチングにより比較的容易に得られると共にフォ
トリソグラフィー技術で製作されるため、加工精度は非
常に良い。

第１図（ａ）、（ｂ）は１本発明によるインクジェット
記録装置の一実施例を説明するための構成図で、第１図
（、）は片持梁の場合、第１図（ｂ）は両持梁の場合の
記録ヘッドの構成を示す。図中、７はヒーター、８はイ
ンク液室、９は上板（Ｓｌ）１０は片持梁部、１１はノ
ズルプレート（Ｓｉ）、１２はインク滴、１３は両持梁
部（Ｓｉ）、１４はスペーサ（Ｓｉ）である。

（１）片持梁の場合 第１図（ａ）は、第３図で製作された片持梁による記録
ヘッドの構成を示す。上板ａは第３図と同様にＳｉの異
方性エツチングを利用して、またノズルプレート１１も
Ｓｉで構成し、同じくエツチングによりノズル加工する
のが好適である。ヒーター７は、第３図で示される片持
梁の製作方法以前にサーマルヘッドやバブルジェット等
で周知のヒーター製造方法により第３図（ｂ）の３で示
す位置に形成されているのが望ましいが、上板（Ｓｉ）
ａにヒーター７を形成後、片持梁部１０と接合すること
も可能である。なおこの時ヒーター７は直接液体に触れ
ることはなく、例えばバブルジェット等で問題となるコ
ゲ−ジョンの問題はなく、更に耐キヤビテーシヨン層等
は不要となる。

また、溶融又は昇華型の熱転写記録に用いられるサーマ
ルヘッドでは、耐摩耗層が不可欠であるが、本方式では
必要でない。この様にヒーターの構成は非常に簡単とな
る。片持梁支持部１０のヒーター７に通電することによ
り、梁は膨張に伴い発生する曲げモーメントにより、第
１図（ａ）に示す静止状態■より矢印方向に急激に変位
状態■に変化する。この時の梁の運動に伴い、インク液
室８中のインクは、ノズルプレート１１のノズルよりイ
ンク？１１１２として吐出され、記録紙上へ記録する。

従来は、この様な梁構酸として、バイメタル構成や圧電
素子を利用したバイモルフなど、２つの眉間の膨張率の
差や歪量の差に基く曲げを利用していたが、ここでは、
単一層でありながら表層部のみ加熱する（熱衝撃）こと
により、熱応力を利用した曲げを利用することが特徴で
ある。

片持梁部の周波数応答性は、梁部の寸法や速度ず決まる
流体抵抗の他に、ヒータ一部周辺の伝熱特性によって決
まる。従って、記録周波数を向上するためには、放熱特
性を良くする事が必要であり、第１図に示すヒーター７
をインク液室８と分離した絶縁性冷却用液体を含む液室
内に配置したり、ファン等により空冷することが好まし
い。更に加熱部をペルチェ素子で構成することにより。

加熱後の急冷却が可能となり、液滴吐出の周波数が著し
く向上する。

（２）両持梁の場合 第１図（ｂ）は、第４図で製作された両持梁による記録
ヘッドの構成を示す。動作原理は第１図（ａ）と同様で
あるが、両持梁の両端の支持部にヒーター７が配置され
ている。

第２図は、本発明の他の実施例を示すもので、図中、１
５は上板（ガラス）、１６は片持梁部（Ｓｉ＋５ｉＯｚ
）、１７は半導体レーザー１８はカップリングレンズ、
１９は対物レンズである。第３図で示された片持梁部と
Ｓｉ異方性エツチングを用いてノズル加工されたノズル
プレート１１と凹所の設けられたガラスからなる上板１
５とで構成される。

半導体レーザー光はカップリングレンズ１８と対物レン
ズ１９により片持梁支持部に焦点を結ばれる。この時、
レーザー光の加熱効率低下を防止するための上板１５は
、レーザー光吸収の少ないガラスを用いるのが良い、 レーザー光の加熱による梁部材の運動とインク滴吐出は
、前述の通りであるが、光出力の小さい半導体レーザー
の使用を可能にするには、レーザー光の波長に吸収スペ
クトルを持つ吸収層をレーザー照射部に設ける方がよい
。このため梁部又は上板に吸収層を設ける方が好適であ
る。この実施例では発熱体を設ける必要がなく記録ヘッ
ド構成が著しく簡単となる。

次に、第５図及び第６図（ａ）、（ｂ）に基づいて。

本発明のさらに他の実施例について説明する。図中、２
０はヒーター、２１は温室、２２は記録液、２３は梁部
材、２４は上板、２５は下板、２６はノズルプレート、
２７はノズル、２８はインク滴である。

第６図（ａ）によれば、梁部材２３とノズルプレート２
６は平行となっている。ヒーター通電により梁部材２３
が屈曲して停止した位置を点線で示す。■、■、■は屈
曲時の記録液の流れの方向を示す。屈曲により効率良く
記録液を吐出するためには■、■、■間の流体の抵抗が
問題となる。図では屈曲時のノズル上部の部分がノズル
プレートと角度θとなるため■方向の流体抵抗がかさく
■方向に記録液は流れ易くノズル方向の流れ■は阻止さ
れ、従って吐出効率は悪い。

第６図（ｂ）によれば、屈曲時の梁部材２０とノズルプ
レート２６は略平行となるように梁部材２３か屈曲する
。この時梁部材２３とノズルプレート２６との間隔ｄと
ノズル径ｒを適当な関係にすると■、■、■方向の流体
抵抗は略同等となり、第６図（ａ）にくらへて著しい記
録液吐出効率の向上か見られる。

具体的な実施例を第７図及び第８図に示す。第７図にお
いて、梁部材は屈曲時にノズルプレートと略平行となる
ようにあらかじめ角度θでノズルプレートと対向配置さ
れている。屈曲時の効果は第６図（ｂ）と同じである。

第８図において、梁部材は静止時にノズルプレートと平
行に対向配置される。但し屈曲時に梁部材のノズルに対
向する部分が、ノズルプレートと平行になるように梁部
材先端はテーパー状になっている。

勿−−ユ敦 以上の説明から明らかなように、本発明によると、液体
に接することなく梁部材を発熱体の熱エネルギーで変位
させることができる。また、発熱体構成が簡単となる。

また、発熱体を設ける必要がなく記録ヘット構成が簡単
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるインクジェット記録装置の一実
施例を説明するための記録ヘッドの構成図で、第１図（
ａ）は片持梁の場合、第１図（ｂ）は両持梁の場合を示
す図、第２図は、他の実施例を示す図、第３図（ａ）〜
（Ｃ）は、片持梁の製造方法を示す図、第４図（、）〜
（ｄ）は、両持梁の製造方法を示す図、第５図及び第６
図は１本発明のさらに他の実施例を説明するための図、
第７図及び第８図はその具体例を示す図である。 １・・・Ｓｉウェハー　２・・・５ｉ０１層、４・・・
片持梁、５・・・空洞、６・・・両持梁、７・・・ヒー
ター、８・・・インク液室、９・・・上板、１ｏ・・・
片持梁部、１１・・・ノズルプレート、１２・・・イン
ク滴、１３・・・両持梁部。 １４・・・スペーサ。 蔦　１　図 ＋（］） くｂ） 藁２図 へ 第 図 第 図 （ａ） （ｂ） 埴 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ノズルと、該ノズルに近接して対向し、記録液中に
   配置されて少なくとも一端が支持された梁部材とから成
   り、該梁部材の屈曲運動により、記録液滴をノズルより
   吐出させて記録するインクジェット記録装置において、
   前記梁部材の支持部に記録液と分離して発熱体を設け、
   該発熱体の熱エネルギーにより前記梁部材を屈曲運動さ
   せることを特徴とするインクジェット記録装置。 ２、ノズルと、該ノズルに近接して対向し、記録液中に
   配置されて少なくとも一端が支持された梁部材とから成
   り、該梁部材の屈曲運動により、記録液滴をノズルより
   吐出させて記録するインクジェット記録装置において、
   前記梁部材の支持部の少くとも一部に電磁波エネルギー
   を吸収させて、該梁部材を屈曲運動させることを特徴と
   するインクジェット記録装置。