JPH068425A

JPH068425A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH068425A
Application number: JP19138492A
Authority: JP
Inventors: Hisato Hiraishi; 久人平石
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】インク吐出力のばらつきや誤吐出のない、せん
断モード型のインクジェットヘッドを提供すること。【構成】せん断モード型インクジェットヘッドで、イン
ク吐出に係わるチャネルとダミーチャネルとを交互に形
成し、ダミーチャネル内を弾性充填体で満たす。【効果】ダミーチャネル内を空隙に保つことが、隣接ノ
ズル間での干渉を低減する上で最も効果があるが、微細
なチャネル部で１本毎に空隙のダミーチャネルを形成し
かつインク漏れを完全に防止することは難しい。ダミー
チャネル内を圧縮率の大きい弾性部材で埋めることによ
り、空隙と同等の機能が発揮され、かつインク漏れに対
しても強く、更にまたヘッドの作製が容易である。そし
て、安定した印字品質を与えるインクジェットヘッドが
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドロップ・オン・デマ
ンド（ＤＯＤ）型のインクジェットヘッドに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】今日その市場を大きく拡大しつつあるノ
ンインパクト・プリンターの内で、原理が最も単純で、
且つカラー印刷に好適なものとしてインクジェット・プ
リンターがあり、そのうちでも、ドット形成時にのみイ
ンク液滴を吐出するいわゆるＤＯＤ型が主流といえる。
ＤＯＤ型としては特公昭５３−１２１３８に開示されて
いるカイザー型、あるいは、特公昭６１−５９９１４に
開示されているサーマルジェット型がその代表的な方式
として有る。このうち、前者は小型化が難かしく、後者
は高熱をインクに加える為にインクが焦げ付くと言う、
それぞれに非常に困難な問題を抱えている。

【０００３】以上のような欠陥を同時に解決する新たな
方式として提案されたのが、特開昭６３−２５２７５０
に開示されているせん断モード型である。構造及び動作
原理を図８、図９に示す。図８は非駆動時の断面構造図
で、ガラス、セラミックあるいはプラスチック等の基板
１上にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の様な圧電性素
材の細長い隔壁５ａａ、５ａｂ、５ｂｂ、５ｂｃなどを
平行に固着する。そして、該隔壁の上面部を、弾性シー
ル材７により蓋８に柔軟に接着する。尚、基板１及び蓋
８は通常絶縁性部材であるが、導電性部材に絶縁コート
処理を施したものでも良い。

【０００４】ここで、該隔壁間に多数形成された細長い
チャネルは、交互にインク室兼インク流路のチャネル２
ａ、２ｂ、２ｃとダミーチャネル１２ａ、１２ｂ、１２
ｃとである。このうち、該インク室兼インク流路のチャ
ネルは、一方の端が共通のインクだめに接続され、ここ
よりインクが供給されるとともに、他方の端には小さな
ノズル穴３ａ、３ｂ、３ｃのあるノズル板が接着され
る。一方、前記ダミーチャネルは内部が中空状態に保た
れるものである。前記圧電性素材の隔壁は、矢印９で示
されるように（あるいは逆方向に）一方向に揃えて分極
しておき、その側面に電極４ａａ、１４ａａ、１４ａ
ｂ、４ｃｃなどを形成する。

【０００５】ここで、図８の電極１４ａｂに電極４ａｂ
に対し十分な正の電位を与えるならば、隔壁５ａｂは図
９のようにせん断モードの変形をおこす。同様の事を、
隔壁５ｂｂについても行なえば、インク室兼インク流路
のチャネル２ｂの断面積は初期状態の図８から図９のよ
うに減少する。すなわち、この体積減少によってチャネ
ル２ｂ内に充填されたインクの圧力は瞬間的に上昇し、
インク滴がノズル穴３ｂより飛び出す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８、図９
のダミーチャネルの意味は、例えば図９の１２ｂの場合
で考えると、隣り合ったノズル穴３ｂ、３ｃに対応する
インク室兼インク流路のチャネル２ｂ、２ｃ間の干渉を
防止することにある。すなわち、隔壁５ｂｂと５ｂｃと
の動きを力学的に分離することが該ダミーチャネルの果
たすべき機能である。該ダミーチャネル内を中空状態と
すれば、空気の圧縮率が大きいことから、一方の隔壁の
変形は他方の隔壁には伝達されず、前記の機能が発現さ
れる。しかしながら、ダミーチャネル内を中空状態に保
つことに困難性があり、これが本発明で解決せんとする
課題である。以下、噛み砕いて説明する。

【０００７】インクジェットヘッドでは高品質の印字の
為に高解像度化への要求が強く、これを満たすために隣
り合うノズル穴、例えば図９の３ｂと３ｃ、の間隔は６
０〜３００μｍ程度が通常必要である。ダミーチャネル
１２ｂは、既に述べた力学的な分離に必要な幅があれば
良く、インク室兼インク流路のチャネル２ｂ、２ｃより
も狭くしてあるが、それでも、接着のための弾性シール
材７を数１０μｍの幅で形成しなければならない。

【０００８】この様な微細な接着工程自体、製造上の隘
路であるが、それ以上にこの形成した弾性シール材７に
完全なシール性が要求されることがより重大な問題点で
ある。すなわち、微小な欠陥が該弾性シール材７に存在
すれば、長期的には隣接チャネルからのインクの流入に
より、ダミーチャネル１２ｂはインクで満たされること
になる。この場合、インクの圧縮率が小さいことから、
ダミーチャネル１２ｂは本来の機能が果たされなくな
り、隣り合ったノズル穴３ｂ、３ｃから吐出するインク
滴の速度にばらつきが出たり、本来出るべきでないノズ
ル穴からインクが誤吐出するなどの、極めて重大な問題
が引き起こされる。

【０００９】本発明は、かかる従来ヘッドの構造に起因
したダミーチャネルへのインク流入により、インク滴誤
吐出や吐出速度のばらつきが生ずる問題を除去し、高信
頼かつ高品質の印字が得られるインクジェットヘッドを
提供せんとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為、
従来は中空状態にしていたダミーチャネル内を、本発明
では弾性充填材で埋める構成にしたことを特徴としてい
る。

【００１１】

【作用】本発明の如く、ダミーチャネル内を弾性充填材
で埋めれば、該ダミーチャネルを中空にした場合に近い
レベルで、隔壁間の力学的な干渉を防止できる。これ
は、インクに比べて、該弾性充填材の圧縮率が大きいこ
とに起因している。そして、弾性充填材により該ダミー
チャネルへのインクの流入が防止されることはいうまで
もなく、長期的なヘッド安定性が保証されるものであ
る。しかも、中空状態に比べて、隔壁の振動の減衰が早
くなり、ヘッドの応答特性が向上するという重要な副次
的効果も生じるのである。更に、本構成によれば、従来
例での弾性シール材の細密なパターン形成を省略できる
ことから、ヘッド製造工程が非常に単純化される。

【００１２】

【実施例】以下本発明による実施例を図面に基づいて説
明する。（実施例１）図１は従来例の図８に対応する本発明によ
るインクジェットヘッドの構成の一例である。ここで、
図８と異なる点はダミーチャネル１２ａ、１２ｂ内を弾
性充填材６により埋めたことであり、更に、従来例で用
いた弾性シール材７を省略して、該シール材が果たして
いた相隣り合うインク室兼インク流路のチャネル間のイ
ンクを分離するという機能をも、該弾性充填材６に併せ
持たせる。弾性充填材としては天然ゴム、ブチルゴム、
ウレタンゴム、シリコンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴ
ムなどの何れをも用いることが出来る。ダミーチャネル
の幅は、従来例と同様の理由で、インク室兼インク流路
のチャネルよりも狭くした。

【００１３】図２は図９に対応して示した本実施例のヘ
ッドの駆動状態での断面図である。ここで、電極１４ａ
ｂに電極４ａｂに対し正の電位を与え、隔壁５ａｂにせ
ん断モードの変形をおこしてノズル穴３ｂよりインク滴
を吐出せしめることは、図９の場合と同様である。この
時、ダミーチャネル内の弾性充填材６は圧縮率が大きい
ことから容易に変形し、ダミーチャネルとしての本来の
機能である該ダミーチャネルを構成する２つの隔壁間の
動きの力学的な分離を達成できることは明かである。実
際、本構成のヘッドを製作し、単独のノズル穴だけ、あ
るいは複数の様々な組み合わせのノズル穴よりのインク
吐出を行わせたが、何れも誤吐出は全く無く、インク滴
の吐出速度のばらつきも４％以下と実用上無視できるレ
ベルであった。

【００１４】また、インク吐出後のノズル穴におけるイ
ンクのメニスカス振動が、早期に減衰安定化すれば、早
い周期で次のインク滴を吐出することが出来る。この為
には、インク室兼インク流路のチャネル内インクの振動
の減衰の早いことが必要であるが、本発明の構成の場
合、該ダミーチャネル内の弾性充填材の粘弾性による振
動の制動効果が大きい。その結果、従来の空隙のダミー
チャネルに比べて、前記振動の安定化が早まり、ヘッド
の高周波応答特性が向上した。

【００１５】（実施例２）図３は本発明の異なる実施例
を示した断面図である。ここでは、圧電性素材の基板３
１に直接溝を作ることで隔壁３５ａａ、３５ａｂ、３５
ｂｃなどを形成するとともに、各溝の内面全体に電極３
４ａ、３１４ａ、３４ｂなどを形成する。本構成によれ
ば、隔壁形成と該隔壁の基板への固着工程とを１度に行
える利点がある。前記電極は該隔壁の壁面のみに形成し
ても勿論良いが、そのためには溝内に選択的に電極形成
をする必要が生じ、製造上の困難が伴うことから、図３
の如く底面にも一体に形成した。これに蓋８をすること
によって、前記溝がインク室兼インク流路のチャネル３
２ａ、３２ｂ、３２ｃとダミーチャネル１３２ａ、１３
２ｂとになる。本発明の根幹となるのは、該ダミーチャ
ネルを弾性充填体６で埋めることであり、この構造とし
た効果は図１、２に於いて説明したものと同様である。
尚、ここではチャネルの幅、深さ共にダミーチャネルの
方をインク室兼インク流路のチャネルよりも小さくし
た。幅については、図８で説明した通りであるが、深さ
については、圧電性素材の基板基部の漏れ電界による変
形を軽減せんとしたものである。

【００１６】図４は図３の構造での本発明によるインク
ジェットヘッドの斜視図である。本ヘッドは、圧電性素
材の基板３１にインク室兼インク流路のチャネルとなる
溝３２と、これよりも幅が狭くかつ浅いダミーチャネル
となる溝１３２とを交互に平行に多数形成し、これらの
溝の端部を塞ぐように接着されたノズル板３３、更に溝
部全体を覆う蓋３８より構成される。そして、ノズル板
には溝３２の端部に対応してノズル穴があいており、イ
ンク滴３０が吐出する。尚、インクはインク供給口３９
より導入され、共通のインクだめ３４を通して前記イン
ク室兼インク流路の溝３２に供給される。一方で前記ダ
ミーチャネルとなる溝１３２内は弾性充填材３７で埋め
ると共に、該充填材により前記蓋３８を前記基板３１に
固着するものである。段加工による浅い溝の部分３６は
外部との電気的接続のために用い、該段加工部へのイン
クの流出を防ぐために封止板３５を設ける。

【００１７】このヘッドの作成方法および具体的な寸法
は以下の通りである。まず、厚み方向に分極した厚さ１
ｍｍのＰＺＴの基板３１をダイシングソーによる切削加
工で、幅７０μｍ、深さ２００μｍのインク室兼インク
流路の溝３２と、幅４０μｍ、深さ１２０μｍのダミー
チャネルの溝１３２とを交互に形成する。各溝の長さは
いずれも１０ｍｍである。これらの溝の内面には、蒸着
によりクロムと金の合計０．８μｍの積層膜で電極を形
成した。そして、前記ダミーチャネルの溝内を弾性部材
であるシリコンゴムで充填し、且つ該弾性充填材により
プラスチックの蓋３８を固着する。また、直径３５μｍ
のノズル穴を有するステンレス製のノズル板３３をエポ
キシ系の接着剤で接着した。ノズル穴のピッチは２１７
μｍ、個数は５０とした。

【００１８】（実施例３）図５は本発明による別の実施
例で、特開昭６３−２５２７５０第２図に於て既に開示
された駆動原理にもとづく。本構造は本質的には図１に
対応しているが、基板５１、５８に固着され、分極方向
が９ａ、９ｂのように逆転した圧電性素材の隔壁５５
ａ、５５ｂの頂部を接着してなるものである。本構造
は、インク室兼インク流路のチャネル２およびダミーチ
ャネル１２、電極４、１４などからなり、該ダミーチャ
ネル内を弾性充填体６で満たすものである。また、一体
化してなる隔壁５５は ”く”の字型の変形をする点で
図２の場合とは異なる。しかしながら、本実施例に於い
ても、図２で述べた本発明の効果はそのまま成り立つも
のである。

【００１９】（実施例４）図６は本発明の更に別の実施
例の断面図である。本構造は図１とほぼ同一で、基板
１、矢印９の様に分極された圧電性素材の隔壁５、蓋
８、インク室兼インク流路のチャネル２、ダミーチャネ
ル１２、電極４、１４、ノズル穴３などよりなる。そし
て、該ダミーチャネル中を弾性充填体６で埋めるもので
あるが、本発明に於ける重要な特徴は、該弾性充填体中
に、更に、微小な空隙６０を多数存在せしめることにで
ある。この様にすることの効果は、該空隙が該弾性充填
体そのものよりもより一層変形し易いので、弾性充填体
全体としての実効的な体積弾性率が更に低下し、その結
果としてダミーチャネルを挟む隔壁間の力学的な干渉が
より微少になったことである。

【００２０】（実施例５）図７は本発明によるインクジ
ェットヘッドの斜視図で、図４とは異なる構成のもので
ある。本ヘッドに於いて、圧電性素材の基板３１にイン
ク室兼インク流路のチャネルとなる溝３２とダミーチャ
ネルとなる溝１３２とを交互に平行に多数形成し、これ
らの溝の端部を塞ぐようにノズル板３３を接着すること
は図４と同様である。しかし、ここでは共通のインクだ
めを設けること無く、封止板３５迄前記溝を形成する。
そして、インクは各インク室兼インク流路のチャネルと
なる溝３２に、蓋３８のインク室兼インク流路の溝位置
に対応して形成されたインク供給穴７１より供給され
る。また、該蓋には充填穴７２が前記ダミーチャネルの
溝位置に対応して形成しておく。そして、該充填穴より
弾性部材をダミーチャネルの溝内部に注入して本ヘッド
は組み立てるものである。本構造に最大の利点は、ヘッ
ドの組立工程に於いて、前記弾性部材の溝内への充填が
著しく簡素化され、ヘッドが安定にかつ歩留まり良くで
きることにある。

【００２１】

【発明の効果】以上、本発明の構造によれば、せん断モ
ード型インクジェットヘッドにおける一つの重大な課題
であった、中空のダミーチャネルの不安定性を除去でき
る。すなわち、弾性充填材により該ダミーチャネルへの
インクの流入が防止されるため、ダミーチャネルの機能
が低下することがなくなる。従って、隣接ノズル間での
干渉を大幅に抑制できて、インク吐出速度のばらつき、
誤吐出等がなくなり、長期的に安定した印字品質を維持
できる。さらに、中空状態に比べて、隔壁の振動の減衰
が早くなり、ヘッドの応答特性が向上するという重要な
副次的効果もある。また、本構成によれば、従来例での
弾性シール材の細密なパターン形成を省略できることか
ら、ヘッド製造工程が非常に単純化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例の説明図で、断面図である。

【図２】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例の説明図で、駆動状態に於ける断面図である。

【図３】本発明によるインクジェットヘッドの第２の実
施例の説明図で、断面図である。

【図４】本発明によるインクジェットヘッドの第２の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図５】本発明によるインクジェットヘッドの第３の実
施例の説明図で、断面図である。

【図６】本発明によるインクジェットヘッドの第４の実
施例の説明図で、断面図である。

【図７】本発明によるインクジェットヘッドの第５の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図８】従来技術の説明図で、断面図である。

【図９】従来技術の説明図で、駆動状態に於ける断面図
である。

【符号の説明】

１基板２ａインク室兼インク流路のチャネル３ａノズル穴５ａｂ隔壁６弾性充填体８蓋９分極方向１２ａダミーチャネル３０インク滴３１圧電性素材の基板３４共通のインクだめ６０微小な空隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電性素材からなり側面に電極を備えた
細長い隔壁が多数平行に配置され、前記電極間に印加さ
れる電圧により前記隔壁がせん断モードの変形を起こ
し、該隔壁間に形成されたインク流路チャネルのインク
をノズル穴を通して吐出するせん断モードのインクジェ
ットヘッドにおいて、隣合う二つの隔壁の対向面と反対
の面が前記インク流路チャネルに面している前記二つの
隔壁の間に、弾性充填体で埋められたダミーチャネルを
設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記弾性充填体中に微小な空隙を多数有
することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット
ヘッド。
【請求項３】各隔壁をおおう蓋を設け、ダミーチャネ
ルに前記隔壁の高さより高く弾性充填体を形成し、該弾
性充填体に前記蓋を固着させて、インク流路チャネルを
形成したことを特徴とする請求項１に記載のインクジェ
ットヘッド。
【請求項４】各隔壁をおおい、各ダミーチャネルに対
応して充填穴を開けた蓋を設け、該蓋を前記隔壁に接着
固定した後、前記充填穴から弾性部材を注入して弾性充
填体を形成することを特徴とする請求項１に記載のイン
クジェットヘッド。