JPH04338548A - インクジェットプリンタ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電吸引方式のインク
ジェットプリンタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、静粛で高密度印刷が可能なプリン
タとして、オリフィスからインク滴を吐出させて印刷用
紙に定着させるインクジェットプリンタなどが実用化さ
れている。例えば、静電吸引方式のインクジェットプリ
ンタでは、インクを保持するインク室が各々連通された
複数のオリフィス内に内部電極を設けたプリンタヘッド
を形成し、このプリンタヘッドのオリフィスと対向する
位置に外部電極を配置し、この外部電極と内部電極とに
選択的な電界を印加する駆動回路を設けた構造などとな
っている。そして、このようなインクジェットプリンタ
では、駆動回路が印刷画像に対応した電界を外部電極と
内部電極とに選択的に印加することで、対応するオリフ
ィス内のインクがインク滴となって記録媒体上に静電的
に吸引され、このインク滴の付着で前記記録媒体上に画
像印刷が行なわれるようになっている。しかし、このよ
うなインクジェットプリンタは、実際にはインクの表面
張力や粘性のために静電的な吸引力だけでインク滴を良
好に飛翔させることが困難であり、この課題を解決する
ために各種の提案が行なわれている。

【０００３】例えば、特公昭５６−３３７５０号公報に
開示されたインクジェットプリンタ１では、図８に例示
するように、プリンタヘッド２に内部電極３が設けられ
たオリフィス４が形成されており、このオリフィス４に
連通したインク室５の内壁面の一部として電気音響変換
素子６が設けられている。そして、このインクジェット
プリンタ１では、前記オリフィス４と対向する位置に環
状の外部電極７を介して印刷用紙等の記録媒体８が配置
されており、前記電極３，７に高圧パルス発生器９を介
して接続された遅延回路１０と、前記電気音響変換素子
６に接続されたパルス発生器１１とがプリンタコントロ
ーラ（図示せず）に接続されることで駆動回路が形成さ
れている。

【０００４】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタ１では、プリンタコントローラが出力する
印刷信号に従ってパルス発生器１１がインク室５の電気
音響変換素子６を駆動すると、オリフィス４の先端のイ
ンク１２のメニスカスが突出した状態となる。そして、
このメニスカスの突出が最大となった際に、遅延回路１
０で作動が遅延された高圧パルス発生器９が各電極３，
７に高電圧パルスを印加することで、これらの電極３，
７間の静電的な吸引力でオリフィス４から記録媒体８上
にインク１２が吐出することになる。

【０００５】つまり、このプリンタヘッド１では、イン
ク室５内に設けた電気音響変換素子６が発生する圧力で
オリフィス４の先端のインクメニスカスを生起すること
で、静電的な吸引力によるインク滴の吐出特性を向上さ
せるようになっている。なお、このようなインクメニス
カスを生起する手段として、上記公報には電気音響変換
素子６以外に、ソレノイドモータ、ベローズ、磁歪素子
、空気圧等が例示されている。

【０００６】また、特開昭５８−１７９６６３号公報に
開示されたインクジェットプリンタ１３では、図９に例
示するように、そのプリンタヘッド１４に複数個の内部
電極１５が長手方向に連設された細長いスリット１６が
形成されており、このスリット１６の内部電極１５上の
部分がオリフィスとして作用するようになっている。そ
して、このインクジェットプリンタ１３では、前記スリ
ット１６の長手方向の内側面に振動子１７が設けられて
おり、前記スリット１６に対向する細長い外部電極１８
の前面に印刷用紙等の記録媒体１９が配置されるように
なっている。

【０００７】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタ１３では、図示するように、対向する振動
子１７の駆動でスリット１６内に保持されたインク２０
の液面に凹凸を発生させることで、各電極１５，１８間
の静電的な吸引力によるインク２０の吐出特性を向上さ
せるようになっている。

【０００８】そして、特開昭６２−２２５３８８号公報
に開示されたインクジェットプリンタ２１では、図１０
に例示するように、プリンタヘッド２２に形成されたオ
リフィス２３内に発熱素子２４と内部電極２５とが設け
られており、前記オリフィス２３に対向する外部電極２
６の前面に印刷用紙等の記録媒体２７が配置されるよう
になっている。そして、前記発熱素子２４と前記電極２
５，２６とに各々接続された電源回路２８，２９が一個
の制御回路３０に共通に接続されることで駆動回路が形
成されている。

【０００９】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタ２１では、電極２５，２６と同時に駆動さ
れる発熱素子２４の発熱でオリフィス２３内のインク３
１の表面張力や粘性等の物性を瞬間的に可変することで
、各電極２５，２６間の静電的な吸引力によるインク３
１の吐出特性を向上させるようになっている。なお、こ
のインクジェットプリンタ２１では、電極２５，２６間
の静電的な吸引力は常時一律に発生させておいて各発熱
素子２４を選択的に駆動することで所定のオリフィス２
３からインク３１を吐出させることが開示されている。 さらに、このインクジェットプリンタ２１と同様なイン
クジェットプリンタヘッド（図示せず）が特開平２−４
５１５１号公報などにも開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】第一の従来例として例
示した特開昭５６−３３７５０号公報のインクジェット
プリンタ１では、インク１２の吐出特性を向上させるた
めに、インク室５内に設けた電気音響変換素子６の圧力
でインクメニスカスを生起するようになっている。

【００１１】しかし、上記公報には電気音響変換素子６
等の圧力発生手段の具体的構造や、複数のオリフィス４
をアレイ状に連設した場合の各部の構造等が開示されて
いないため、実際には実施困難である。

【００１２】また、第二の従来例として例示した特開昭
５８−１７９６６３号公報のインクジェットプリンタ１
３では、スリット１６の内側面に設けた振動子１７の振
動でインク２０の液面に凹凸を形成してメニスカスを生
起するようになっている。

【００１３】しかし、このような機構でインク２０を良
好に吐出させるためには、インク２０の液面の凹凸の「
節」や「腹」の位置を調節する必要があり、その実施が
困難で信頼性が低下する。

【００１４】さらに、第三の従来例として例示した特開
昭６２−２２５３８８号公報や特開平２−４５１５１号
公報のインクジェットプリンタ２１では、オリフィス２
３内に設けた発熱素子２４の発熱でインク３１の物性を
可変することでインク３１の吐出特性を向上させるよう
になっている。

【００１５】しかし、これでは温度粘性特性等が限定さ
れるためにインク３１の汎用性が低下することになり、
インク３１の劣化が著しいと共に周囲温度や蓄熱等の影
響も顕著であるために安定した性能を得ることが困難で
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】インクを保持するインク
室が連通したオリフィス内に内部電極を設けたプリンタ
ヘッドを形成し、このプリンタヘッドのオリフィスと対
向する位置に外部電極を配置し、この外部電極とプリン
タヘッドの内部電極とに印加される電界による静電的な
吸引力でオリフィスから記録媒体上にインク滴を吐出さ
せて画像印刷を行なうようにした静電吸引方式のインク
ジェットプリンタにおいて、アレイ状に連設した複数の
オリフィスに個々に連通する複数のインク室を形成し、
これらのインク室の内壁面の一部として表面と直交する
方向に変位自在な振動膜を形成し、この振動膜上にイン
ク室内のインクを加圧する振動機構を設けた。

【００１７】

【作用】アレイ状に連設した複数のオリフィスに個々に
連通する複数のインク室を形成し、これらのインク室の
内壁面の一部として表面と直交する方向に変位自在な振
動膜を形成し、この振動膜上にインク室内のインクを加
圧する振動機構を設けたことで、複数のオリフィスの個
々にインクメニスカスを生起することができる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図１ないし図７に基づいて
説明する。まず、このインクジェットプリンタ３２では
、図２に例示するように、プリンタヘッド３３はオリフ
ィス３４やインク室３５を形成する隔壁３６が感光性樹
脂等で積層形成されたベース基板３７上に、ＴｉやＴａ
及びＣｒ等で内部電極３８が形成されたカバー基板３９
を接合した構造となっており、アレイ状に連設された複
数の前記オリフィス３４の末端部にインク室３５が個々
に連通している。そして、このインクジェットプリンタ
３２のプリンタヘッド３３は、図１に例示するように、
前記ベース基板３７の前記インク室３５下の位置に四角
錐形の凹部４０が形成されることで、この凹部４０上に
前記インク室３５の内壁面の一部として変位自在な振動
膜４１が形成されている。

【００１９】ここで、このようなプリンタヘッド３３の
詳細な構造を以下に説明する。まず、図１のＡ−Ａ縦断
側面図である図３に例示するように、前記ベース基板３
７上には前記凹部４０上に開口窓４２が形成されたマス
ク４３が積層形成されており、このマスク４３上に順次
均一に積層形成された下部・上部振動膜層４４，４５の
前記凹部４０上の位置が前記振動膜４１となっている。 そして、前記上部振動膜層４５上には下部電極４６と電
気機械変換膜４７とが順次均一に積層形成されており、
この電気機械変換膜４７上に上部電極４８が所定パター
ンで形成されることで前記振動膜４１上の位置に振動機
構である圧電素子４９が前記部材４６〜４８で形成され
ている。

【００２０】そこで、上述のようにしてベース基板３７
上に形成された前記電気機械変換膜４７と前記上部電極
４８とを被う保護膜５０上に所定パターンの前記隔壁３
６が積層形成され、この隔壁３６上に前記内部電極３８
が形成されたカバー基板３９が接着等で接合されること
で前記プリンタヘッド３３が形成されている。

【００２１】そして、このインクジェットプリンタ３２
では、上述のようにして形成されたプリンタヘッド３３
のオリフィス３４と対向する位置に平板状の外部電極５
１が配置され、この外部電極５１の表面上に記録媒体で
ある印刷用紙５２の搬送路が形成されている。

【００２２】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタ３２では、例えば、外部電極５１には常時
電界が印加されており、印刷画像に対応して所定のイン
ク室３５内の圧電素子４９に駆動電力が供給されると共
に、このインク室３５に連通したオリフィス３４内の内
部電極３８に電界が印加される。このようにすることで
、圧電素子４９と共に変位した振動膜４１の加圧により
オリフィス３４の先端部から突出したインク５３が、電
極３８，５１間の静電的な吸引力により飛翔して印刷用
紙５２上に付着することで画像形成が行なわれる。

【００２３】ここで、本実施例のインクジェットプリン
タ３２では、上述のようにインクメニスカスを生起する
ための振動膜４１や圧電素子４９等が複数のオリフィス
３４に対して個々に設けられており、第一の従来例とし
て前述したインクジェットプリンタ１とは異なってイン
クメニスカスの生起を各印刷画素毎に行なうことができ
るので、印刷品質の向上に寄与することができる。さら
に、本実施例のインクジェットプリンタ３２では、第二
の従来例として例示したインクジェットプリンタ１３と
は異なり、スリット１６内に保持したインク２０の液面
に凹凸の「節」や「腹」の位置を調節するような煩雑な
制御も要しないので、その実施が容易で信頼性も良好で
ある。さらに、本実施例のインクジェットプリンタ３２
では、第三の従来例として例示したインクジェットプリ
ンタ２１とも異なり、加熱でインク３１の物性を可変す
るようなことも行なわないので、一般的なインク５３の
利用が可能で汎用性が良好でインク５３の劣化も軽減さ
れ、周囲温度や蓄熱等の影響もないので、安定した性能
を得ることができる。

【００２４】なお、このインクジェットプリンタ３２で
は、振動膜４１はインク室３５と対向する部分以外はベ
ース基板３７上に形成されているので強度が良好であり
、このように振動膜４１をベース基板３７から遊離させ
る凹部４０は開口側が拡開した四角錐形となっているの
で、この凹部４０上に位置する振動膜４１やインク室３
５を高密度配置することが可能である。従って、このイ
ンクジェットプリンタ３２では、プリンタヘッド３３に
アレイ状に連設するオリフィス３４も高密度に配置して
印刷を高解像度化することが可能である。

【００２５】また、本実施例のインクジェットプリンタ
３２では、内部電極３８と圧電素子４９とに選択的に電
力を供給することで所定のオリフィス３４からインク５
３を吐出させることを例示したが、例えば、各電極３８
，５１間にはインク５３が吐出しない程度の電界を常時
一律に印加しておき、圧電素子４９を選択的に駆動する
ことで所定のオリフィス３４からインク５３を吐出させ
ることなども実施可能である。

【００２６】ここで、このプリンタヘッド３３の製造方
法を図４及び図５に基づいて以下に詳述する。なお、こ
こで図４に例示する縦断図は図５に例示する構造体を開
口窓４２の対角線上に位置する平面で切断した状態の断
面図となっている。まず、図４（ａ）及び図５（ａ）に
例示するように、平板状の単結晶材料である単結晶シリ
コンからなる平板状のベース基板３７の表面に、図４（
ｂ）に例示するように、５００〜１０００（Å）程度の
膜厚のシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）やシリコン熱酸化
物（ＳｉＯ２）等からなるマスク用被膜５４を形成し、
図４（ｃ）及び図５（ｂ）に例示するように、このマス
ク用被膜５４にリソグラフィ法等で正方形の前記開口窓
４２を形成することで前記マスク４３を形成する。そし
て、図４（ｄ）に例示するように、このマスク４３と前
記開口窓４２下のベース基板３７との上にＬＰＣＶＤ（
Ｌｏｗ　　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖ
ａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で膜厚１５０
０〜２０００（Å）程度のポリシリコン膜５５を形成し
、図４（ｅ）に例示するように、このポリシリコン膜５
５を所定形状にパターニングすることでエッチングチャ
ネル５６を形成する。この時、このエッチングチャネル
５６は、図５（ｃ）に例示するように、正方形の前記開
口窓４２を被う正方形の四隅に円形を付加したような形
状などとして形成される。そして、図４（ｆ）に例示す
るように、このエッチングチャネル５６と前記マスク４
３との上にＬＰＣＶＤ法等で膜厚２０００（Å）程度の
シリコン窒化物からなる下部振動膜層４４を形成し、図
４（ｇ）及び図５（ｄ）に例示するように、この下部振
動膜層４４に前記エッチングチャネル５６の四隅の円形
部に各々至る四つのエッチングホール５７を形成する。 つぎに、このエッチングホール５７にＫＯＨ溶液を注入
するなどして前記エッチングチャネル５６を除去し、図
４（ｈ）及び図５（ｅ）に例示するように、このエッチ
ングチャネル５６が位置した空隙に前記エッチングホー
ル５７からエッチング材を注入することで、前記マスク
４３の開口窓４２下に位置する前記ベース基板３７に、
開口側が拡開した四角錐形の前記凹部４０が結晶面異方
性エッチングで形成されることになる。そして、図４（
ｉ）に例示するように、この凹部４０の形成後に前記下
部振動膜層４４上にＬＰＣＶＤ法等で膜厚１．０（μｍ
）程度のシリコン窒化物やシリコン酸化物からなる上部
振動膜層４５を形成して前記エッチングホール５７を遮
蔽することで、前記ベース基板３７の凹部４０上に位置
する下部・上部振動膜層４４，４５で前記振動膜４１が
形成されることになる。なお、このようにして形成され
た振動膜４１の上部振動膜層４５上に、例えば、ＳｉＯ
２系皮膜形成用塗布液を、スピンナー法、ディッピング
法、吹付け法、刷毛塗り法等により塗布−焼成すること
で、振動膜４１の膜厚や強度を調節することも可能であ
る。そこで、図４（ｊ）に例示するように、以下は既存
の薄膜プロセスにより保護膜５０上に前記圧電素子４９
や隔壁３６等が形成され、図４（ｋ）に例示するように
、この隔壁３６上に接着等でカバー基板３９が接合され
る。例えば、前記圧電素子４９の各電極４６，４８は、
ＡｌやＴｉ等の金属やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　
　Ｏｘｉｄｅ）層等の透明導電材料で形成され、前記電
気機械変換膜４７は、融液エピタキシー法、ゾル・ゲル
法、沈殿反応法、陽極反応法、化学メッキ等で液相から
析出される。ここで、このように液相から電気機械変換
膜４７を析出させると、粒子形態の制御性が良好である
と共に、異種元素の添加量や分布の均一性の制御性も良
好であるので、その特性が均一で性能も安定することに
なり、また、成長速度もスパッタリング法などに比して
高速である。例えば、液相から電気機械変換膜４７を形
成する方法の一つであるゾル・ゲル法等では、所定の化
学組成を有する均質な溶液中への水や酸或はアルカリの
添加で加水分解を誘起することなどでゾルを生成し、こ
のゾルを溶媒の蒸発や冷却などで目的組成の微粒子を分
散することでゲルを生成するようになっている。

【００２７】ここで、ＰＺＴ膜からなる電気機械変換膜
４７をゾル・ゲル法等で形成する場合の具体的な製造方
法の一例を以下に詳述する。まず、１．０（ｍｌ）に２
．０（ｇ）の割合でＣＨ３ＣＯＯＨにＰｂ（ＣＨ３ＣＯ
Ｏ）２・３Ｈ２Ｏを溶かし、これを１０５℃で乾燥させ
てから８０℃に冷却する。そして、ここにＺｒ（Ｃ３Ｈ
７Ｏ）４とＴｉ［（ＣＨ３）２ＣＨＯ］４とを順次添加
して超音波でミックスし、これにＯＨＣＨ２ＣＨ２ＯＨ
とＨ２Ｏとを加えたものをスピンナー法等で基板上にコ
ートし、これを３００〜５００℃でアニールすることで
ＰＺＴ膜を形成する。なお、このような液相からの他の
製造方法としては、Ｐｂ（ＯＡｃ）２−Ｔｉ（ＯＢｕ）
４系の複合オキシアルコキシド溶液のディッピング法で
ＰｂＴｉＯ３からなる電気機械変換膜４７を形成するこ
となどが実施可能である。

【００２８】また、上述のような電気機械変換膜４７を
固相から製作する方法としては、塗布などで基板上に付
着させた原料物質を加熱分解や固体反応で膜状に成形す
る方法や、原料物質と基板との固相反応で膜状に成形す
る方法などがあり、気相から製作する方法としては、ス
パッタリング法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　　Ｏｒｇａ
ｎｉｃ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法などがある。

【００２９】なお、図１ないし図３に例示した構造のイ
ンクジェットプリンタ３２のプリンタヘッド３３では、
一体的に接合されるベース基板３７とカバー基板３９と
の各々に圧電素子４９と内部電極３８とを形成したプリ
ンタヘッド３３を例示したが、本発明は上記構造に限定
されるものではなく、図６（ａ）及び図６（ｂ）に例示
するように、ベース基板３７上に圧電素子４９と内部電
極３８とを並設したプリンタヘッド５８ａ，５８ｂなど
も実施可能である。この場合、図示するように、内部電
極３８の配線は圧電素子４９の配線の上や間などに配置
されることになる。また、本実施例のインクジェットプ
リンタ３２では、ベース基板３７上に隔壁３６を感光性
樹脂等で積層形成して平板状のカバー基板３９を接合す
ることでオリフィス３４やインク室３５を形成したプリ
ンタヘッド３３を例示したが、図７に例示するように、
感光性ガラスからなる平板に光パターニングでインク室
３５やオリフィス３４などを凹溝で形成することでカバ
ー基板５９に隔壁６０が一体的に形成されたプリンタヘ
ッド６１なども実施可能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上述のように、インクを保持す
るインク室が連通したオリフィス内に内部電極を設けた
プリンタヘッドを形成し、このプリンタヘッドのオリフ
ィスと対向する位置に外部電極を配置し、この外部電極
とプリンタヘッドの内部電極とに印加される電界による
静電的な吸引力でオリフィスから記録媒体上にインク滴
を吐出させて画像印刷を行なうようにした静電吸引方式
のインクジェットプリンタにおいて、アレイ状に連設し
た複数のオリフィスに個々に連通する複数のインク室を
形成し、これらのインク室の内壁面の一部として表面と
直交する方向に変位自在な振動膜を形成し、この振動膜
上にインク室内のインクを加圧する振動機構を設けたこ
とにより、複数のオリフィスの個々にインクメニスカス
を生起することができるので、インク滴の吐出特性の改
善を各印刷画素毎に行なうことで印刷品質を向上させる
ことができる等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断側面図である。

【図２】分解斜視図である。

【図３】Ａ−Ａ縦断正面図である。

【図４】製造方法を示す工程図である。

【図５】製造方法を示す工程図である。

【図６】変形例を示す横断平面図である。

【図７】他の変形例を示す縦断正面図である。

【図８】第一の従来例を示す一部をブロック化した縦断
側面図である。

【図９】第二の従来例を示す縦断側面図である。

【図１０】第三の従来例を示す一部をブロック化した縦
断側面図である。

【符号の説明】

３２　　　　　　　　　　　　　　インクジェットプリ
ンタ３３，５８，６１　　プリンタヘッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インクを保持するインク室が連通した
   オリフィス内に内部電極を設けたプリンタヘッドを形成
   し、このプリンタヘッドのオリフィスと対向する位置に
   外部電極を配置し、この外部電極と前記プリンタヘッド
   の内部電極とに印加される電界による静電的な吸引力で
   前記オリフィスから記録媒体上にインク滴を吐出させて
   画像印刷を行なうようにした静電吸引方式のインクジェ
   ットプリンタにおいて、アレイ状に連設した複数の前記
   オリフィスに個々に連通する複数のインク室を形成し、
   これらのインク室の内壁面の一部として表面と直交する
   方向に変位自在な振動膜を形成し、この振動膜上に前記
   インク室内のインクを加圧する振動機構を設けたことを
   特徴とするインクジェットプリンタ。