JPH0994952A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルからインク滴を吐出後、迅速にインク
を補充してインクジェットヘッドの記録速度を向上させ
る。 【解決手段】 流路基板１に複数の流路溝部２を平行に
設け、側壁部３に形成された電極層４に電圧を印加する
ことにより、側壁部を変形させて、ノズル７からインク
滴を吐出させるヘッドにおいて、カバープレート５のイ
ンク流路の中央部にノズル７を設け、流路溝部の開口端
２ａを有する両側部にインク流路と連通する共通インク
室部８ａを備えたマニホールド部材８を固着してある。
各マニホールド部材８にはそれぞれインク供給孔８ｂを
備えており、インクがインク流路の両端からノズル７に
向って流入するため、インクの供給速度が迅速化する。
インク吐出直後にノズル内部に生じる負圧・インク不足
は直ちに解消し次の吐出動作が行えるため、高速記録が
可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は，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】インクジェットヘッドには、周知の通り
圧電部材などによってインク流路に供給されたインクに
エネルギーを付与して、インク流路の先端部に設けられ
たノズルからインク滴を吐出させるもの（オン・デマン
ド型）等種々の形式のものがある。

【０００３】最近では、圧電材料そのものにインク流路
を形成し、インク流路の隔壁を振動させることによっ
て、ノズルからインク滴を吐出させるようにしたいわゆ
るせん断モード型のインクジェットヘッドが提案されて
いる（例えば特開平２−１５０３５５号公報）。

【０００４】この従来例は、図７に示すように、ＰＺＴ
などの圧電性部材からなる流路基板８１に複数の平行な
流路溝部８２を形成し、その一端が流路基板の一辺に開
口するようにしてある。平行に設けられた各流路溝部８
２の側壁部８３には、電極層８４が形成してある。電極
層８４の一部は、流路基板８１の上面にも延出されて接
続端子部８４ａとなっている。流路基板８１の流路溝部
形成面上にカバープレート８５を被せ、両者を接合する
ことによって流路溝部８２とカバープレート８５によっ
て塞がれた空間にインク流路が形成されている。流路基
板８１のインク流路の開口端が位置する一辺にノズルプ
レート８６を当接して接合することにより、インク流路
に供給されたインクが、ノズルプレートに設けられたノ
ズル８７から吐出可能である。カバープレート８５には
インク流路後端部と対向的に共通インク室８８が設けて
あり、この共通インク室８８には図示しないインクタン
クからインク供給孔８９を介して各インク流路にインク
を供給可能にしてある。

【０００５】上記の構成のインクジェットヘッドは、機
能材料である圧電素子を流路基板として用いるものであ
り、流路基板自身が圧力発生手段となっているため、流
路ならびにノズルの高密度化を可能にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術におけるインクジェットヘッドは、共通インク室８８
がノズルが設けてあるインク流路の後端部にしか設けて
ないため、インクを吐出した際に失われたインクによっ
てメニスカスがノズルの内側に後退するが、このメニス
カスにインクを補充する際にインク流路後端部からのみ
インクが流入して先端部にまで到達するためインク補充
の経路が長く、それに対応してインク補充時間が長くな
り、高速記録の障害となっている。

【０００７】そこで本発明の目的は、吐出されたインク
の補充を迅速化することにより、高速記録を可能にした
インクジェットヘッドを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、流路基板の片面に両端開口の複数の流
路溝部を平行に設け、流路基板の流路溝部形成面にカバ
ープレートをかぶせてこれらの流路溝部を閉鎖してイン
ク流路を作ってなるせん断モード型のインクジェットヘ
ッドにおいて、互いに固着してなる流路基板及びカバー
プレートの両側部には、複数の流路溝部の両開口端に連
通する共通インク室部を備えたマニホールド部材がそれ
ぞれ固着してあり、流路基板またはカバープレートのい
ずれか一方には、各流路溝部の実質的な中央部に連通す
るインク吐出用のノズルが設けてある。このような構成
にすることにより、インク流路の両開口端に設けてある
共通インク室から流路溝部の中央部に設けてあるノズル
にインクを供給することにより、吐出されたインクの補
充を迅速化してあるところに特徴がある。

【０００９】また、上記した各ノズルは、流路基板の流
路溝部底面に設けられた透孔部と、流路基板底面に接合
してあるノズルプレートにこの透孔部と連通するように
設けられた先端部とによって構成することにより、組立
の際のカバープレートの位置合わせを容易にすることも
できる。

【００１０】両マニホールド部材には、インクが供給さ
れるインク供給孔をそれぞれ設けてノズルの両側からイ
ンクを供給するようにしたことによってインク供給の迅
速化を実現することもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１〜３に示すように、圧電材料
からなる流路基板１の一方の面（上面）に複数条（図面
では４条）の流路溝部２が形成してある。これらの流路
溝部２は流路基板１の一辺から対向する他辺まで横断す
るように形成してあり、それぞれ流路基板の両側部に開
口端２ａ，２ａを有するものとなっている。各流路溝部
２を分離する側壁部３の底面から高さの半分以下の位置
の壁面には、それぞれ電極層４が形成してある。電極層
４には、流路基板１の一方の側部から底部（図１下面）
へ導かれる電極接続部４ａが一体的に設けてある。

【００１２】流路基板１の流路溝部形成面（図１〜３上
面）には、セラミックスや感光性ガラスからなるカバー
プレート５が接合してある。カバープレート５の平面形
状は、流路基板１のそれと実質的に同じである。流路基
板１にカバープレート５を固着することにより、各流路
溝部２…の上方開口面が閉鎖されて横孔状のインク流路
６…が形成される。流路基板１にかぶせられたカバープ
レート５には、流路溝部２の実質的に中央部に位置する
面に先細の円錐状に形成されたノズル７…が設けてあ
る。

【００１３】流路基板１及びカバープレート５のうち、
開口部２ａ，２ａが位置する両側部には、共通インク室
部８ａ，８ａを有するマニホールド部材８，８がそれぞ
れ固着してある。開口部２ａを有する両側部にマニホー
ルド部材８，８を固着することにより、共通インク室部
８ａ，８ａは、各インク流路６…の開口部と連通する共
通インク室９，９となる。各マニホールド部材８には、
インク供給孔８ｂを有するタンク接続部８ｃがそれぞれ
設けてあり、これにインク供給パイプ（図示略）を接続
することによってインクタンクから共通インク室９にイ
ンクを供給可能である。

【００１４】流路基板１の背面側に形成された各電極接
続部４ａには、フレキシブルプリントケーブル１０が接
続してあり、外部駆動回路（図示略）と接続される。

【００１５】次に、この実施の形態におけるインクジェ
ットヘッドに用いる流路基板の製造方法について説明す
る。

【００１６】流路基板加工の第１の工程は、厚さ０．５
〜２ｍｍ程度で基板の厚さ方向に分極されているＰＺＴ
等の圧電性材料からなる流路基板１に、ダイシングソー
等で概ね平行な複数の流路溝部２を刻設する。流路基板
の長さは例えば２ｍｍ〜１０ｍｍ、流路溝部の深さは例
えば２００μｍ〜１ｍｍ、流路溝部の幅は例えば５０μ
ｍ〜２００μｍ、側壁部３の厚さは例えば５０μｍ〜２
００μｍである。第２の工程は、流路溝部２を加工した
流路基板１に、スパッタリングまたは無電解メッキ等で
側壁部の側面全体に電極層４を形成する。電極層４の素
材としては、Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ等を用い、０．１
μｍ〜３μｍの厚さに形成する。第３の工程は、電極の
分離形成である。ここでは、流路基板１は基板厚さ方向
の一方向に分極され、分極方向と垂直な電界を側壁部に
印加することによって、側壁部がせん断モードで変形
し、インク滴がノズルより吐出されるものである。効率
よく側壁部を変形させるためには、電極層４は側壁部２
の高さ方向の概ね半分まで形成されていることが望まし
く、ＹＡＧレーザーやＦ₂，ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣ
ｌ，ＸｅＦ等のエキシマレーザーによるレーザー光を流
路基板１の流路溝部形成面に斜め方向より射出し、側壁
部２自体をマスクとして用いることにより、流路面の電
極の概ね上半分だけに照射してこれを除去し、所望の形
状の電極層４を得ることができる。

【００１７】また、流路溝部２に連なった流路基板１の
一方の端面と、そこに連なる流路基板底面の一部はリン
青銅等の金属マスクにより必要部を保護したうえで上記
したレーザー光を照射し、流路基板底面に外部電気回路
から駆動電圧波形を供給するための電極接続部４ａを形
成する。このようにして、所望の流路基板１を得ること
ができる。なお、流路基板の他方の端面と、流路と平行
な両端面に第２の工程で形成された余分な電極部材は、
上記したレーザーの全面照射、または機械的研磨によっ
て除去する。

【００１８】次に図３に示すようにこのようにして作成
された流路基板１に、ＰＺＴ，セラミックス，ガラス，
感光性ガラス，プラスチック等で、厚さ０．２〜２ｍｍ
程度のカバープレート５を例えばエポキシ系接着剤で接
合する。なお、カバープレート材として感光性ガラスを
用いた場合は、Ｆ₂，ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ，Ｘｅ
Ｆ等のエキシマレーザー光でノズルパターンを露光した
後、エッチングを行なってノズルを形成する。また、プ
ラスチックを用いた場合は射出成形によりノズル付きの
カバープレートを直接成形するか、または厚さ０．２〜
２ｍｍ程度のプラスチック板にＦ₂，ＡｒＦ，ＫｒＦ，
ＸｅＣｌ，ＸｅＦ等のエキシマレーザー光を用いたレー
ザー加工によりノズル７を形成する。

【００１９】次に、流路基板１とカバープレート５とを
接合してできたインク流路の開口端部が位置する両側部
にマニホールド部材８，８を接合して、各流路溝部の開
口端２ａ，２ａと連通する共通インク室９を形成する。
マニホールド部材８はプラスチックの射出成形品からな
り、エポキシ系樹脂接着剤によって上記両側部に接合さ
れる。

【００２０】次に、図４を用いて動作について説明す
る。ノズル７よりインク滴Ｉが吐出された直後は、ノズ
ル内のインクが除去されたインク面のいわゆるメニスカ
スＭはノズル７の内部に大きく引き込まれている。この
ため、次のインク滴Ｉの吐出を、正常に行なわせるため
には、常に吐出された分のインクを補充し、メニスカス
Ｍをノズル７の開口部まで充填して初期状態に戻してお
く必要がある。

【００２１】従来のインクジェットヘッドでは、ノズル
は流路の一端に設けられ、インクの補充はインク流路の
後端に設けられた共通インク室から供給されていた。こ
のため、インクの補充速度が遅く、メニスカスが初期状
態に戻るまで、１５０〜５００μＳの長い時間を必要と
された。このようにしてインクジェットヘッドのインク
滴吐出周波数の上限が６ｋＨｚ程度に制限されていた。

【００２２】一方、本発明のインクジェットヘッドで
は、インク流路の両端に共通インク室が設けられている
ため、図４に矢印で示してあるように、両側の共通イン
ク室９よりインクを供給可能である。従って、インクの
補充速度が従来のほぼ２倍の速さになり、１００μＳ以
下でメニスカスを初期状態に復帰させることが可能にな
り、インク滴吐出周波数が１０ｋＨｚ以上の高速記録が
可能なインクジェトヘッドが実現できる。

【００２３】なお、カバープレート５として、ＰＺＴ，
セラミックス，ガラス等の脆弱で微細加工が困難な部材
を用いる場合は、この部材に流路とノズルを連通する比
較的大径の透孔部を設け、ポリイミド等のプラスチック
フィルムにレーザーの照射によって先細の円錐状の先端
部を形成したノズルプレート、または電鋳、マイクロプ
レス方式で作成した金属ノズルプレートをカバープレー
ト上面に接合し、透孔部と先端部とを連通させてノズル
を形成して、ノズル付きカバープレートを作成すること
もできる。

【００２４】

【他の実施の形態】図５に第２の実施形態の流路方向に
沿った断面図を示す。ここでは流路基板２１に形成され
た流路溝部２２の中央付近底面に透孔部２２ｂを形成
し、流路基板底面に、ポリイミド等のプラスチックフィ
ルムにレーザーの照射によって先端部２７ａを形成した
ノズルプレート３０が貼付してある。透孔部２２ｂと先
端部２７ａとを連通させてノズル２７を形成している。
ノズルプレート３０は電鋳、マイクロプレス方式で作成
した金属ノズルプレートを、例えばエポキシ系接着剤で
接合したものでもよい。カバープレート２５にはノズル
を設けてないので、カバープレートを固着する際の位置
合わせが容易であり、組立が簡単になる利点がある。ま
た、圧電材料からなる流路基板に微細な円錐状の穿孔を
行う加工は必要ないので、作業は簡単である。その他の
構成は第１の実施形態と同様である。

【００２５】図６に第３の実施形態の流路方向に沿った
断面図を示す。ここでは、流路基板３１の流路溝部３２
と連なった一方の側部（左側）には、共通インク室３９
とインクタンク接続部３８ｃを持ったマニホールド部材
３８が設けられ、これを介してインクタンク（図示略）
に接続されている。他方の側部（右側）には、インクタ
ンク接続部を持たず、閉じられた共通インク室４０ａを
内部に持った共通インク室部材４０が設けてある。

【００２６】既述したように、第１の実施の形態で述べ
たインクジェットヘッドの場合、流路間の側壁部が変形
してノズルからインク滴を吐出するものである。つま
り、ある特定のインク流路の側壁部が内側に変形しイン
クに正の圧力を発生させているとき、隣のインク流路で
は側壁部が外側に変形して負の圧力が発生している。従
って、同時に全インク流路からインク滴を吐出すること
はできず、数ノズルおきに時分割駆動して記録を行なっ
ている。これに対し本実施形態では、この負の圧力が発
生する特徴を逆に利用し、閉じられた側の共通インク室
４１より、インクの供給を行なうようにしたものであ
る。この実施形態では、インクタンクとの接続部に設け
てあるインク供給孔の設置を１か所にすることができる
ため、インクジェットヘッドを小型化することが可能に
なる。

【００２７】またこれらの他、側壁部の変形を用いるの
ではなく、流路中に設けられた凸部、または圧電材料か
らなるカバープレートの一部を圧電変形させるインク滴
を吐出させるインクジェットヘッドなど、同時に全ノズ
ルからインク滴を吐出可能な場合には、インク滴を吐出
しない（ノズルを設けていない）ダミー流路を設け、こ
のダミー流路を経由して、インクタンクに接続された側
の共通インク室からインクの供給を行なうようにするこ
とも可能である。

【００２８】以上の各実施形態では、せん断モード型を
用い流路溝部の側壁部を変形させてインク滴の吐出を行
なわせる構成について説明したが、本発明はせん断モー
ド型のインクジェットヘッドに限らず、複数の概ね平行
な流路が形成された流路基板を持ったインクジェットヘ
ッド一般に広く適用可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、流路基板及びカバープレート
を重ね合わせてなる両側部に流路溝部の両開口端に連通
する共通インク室部を備えたマニホールド部材が固着し
てあり、さらに流路溝部の実質的に中央部にインク吐出
用のノズルが設けてあるので、インク滴吐出後にインク
流路の両端からインクが供給され流路溝部へのインクの
供給が容易かつ迅速となり、インクの吐出速度を高くす
ることが可能になる。インク流路は一定の深さで流路基
板の一端部から多端部まで単純に切削すればよいので、
流路形成工程が簡単である。

【００３０】また、ノズルを流路基板の流路溝部底面に
設けられた透孔部と、流路基板底面に接合してあるノズ
ルプレートに設けられた先端部とによって構成すれば、
カバープレートの固着の際の位置合わせが容易となり製
造コスト低減に寄与する。

【００３１】さらに、流路基板及びカバープレートの両
側部に固着されるマニホールド部材にそれぞれインク供
給孔を設けてあれば、より迅速なインクの供給が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示しており、（ａ）
は流路方向に沿った断面図、（ｂ）は流路端面より見た
正面図である。

【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】第１の実施形態の展開斜視図である。

【図４】第１の実施形態におけるインク補充状態を示す
説明図である。

【図５】第２の実施形態の流路方向に沿った断面図であ
る。

【図６】第３の実施形態の流路方向に沿った断面図であ
る。

【図７】従来技術を示すもので、（ａ）は流路に垂直な
方向の拡大断面図であり、（ｂ）は流路方向に沿った拡
大断面図である。

【符号の説明】 １，２１，３１ 流路基板 ２，２２，３２ 流路溝部 ３，２３，３３ 側壁部 ４，２４，３４ 電極層 ５，２５，３５ カバープレート ７，２７，３７ ノズル ２７ａ 先端部 ８，２８，３８ マニホールド部材 ８ａ，２８ａ，３８ａ 共通インク室部 ８ｂ，２８ｂ インク供給孔 ２２ｂ 透孔部 ３０ ノズルプレート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路基板の片面に両端開口の複数の流路
   溝部が平行に設けてあり、 上記流路基板の上記流路溝部形成面にカバープレートを
   かぶせて上記流路溝部を閉鎖してあり、 上記流路基板及び上記カバープレートの両側部には、複
   数の上記流路溝部の開口端に連通する共通インク室部を
   備えたマニホールド部材がそれぞれ固着してあり、 上記流路基板または上記カバープレートのいずれか一方
   には、各上記流路溝部の実質的な中央部に連通するイン
   ク吐出用のノズルが設けてあることを特徴とするインク
   ジェットヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記ノズルは、上記
   流路基板の上記流路溝部底面に設けられた透孔部と、上
   記流路基板底面に接合してあるノズルプレートに設けら
   れた上記透孔部と連通する先端部とからなることを特徴
   とするインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、上記両マニ
   ホールド部材には、上記共通インク室部にインクを供給
   するインク供給孔がそれぞれ設けてあることを特徴とす
   るインクジェットヘッド。