JPH11291487A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットヘッドの耐久性を向上する。 【解決手段】 ダイヤフラム３８に支持された共通電極
３４と、これに対向する個別電極４０との間に絶縁空間
３６を設け、これら共通電極３４と個別電極４０との間
に作用する静電力によりダイヤフラム３８を変形してイ
ンクを吐出するインクジェットヘッド１０において、個
別電極４０にはその略中央部を除去して無電極部５０を
形成した。これにより、共通電極３４と個別電極４０と
の接触を防止できる。また、電極を保護膜で保護する必
要もない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電型インクジェ
ットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から提案されている幾つかのインク
ジェットヘッドの一つに、特開平８−１１８６２６号公
報に提案されているものがある。このインクジェットヘ
ッドは、積層された３枚の基板（第１の基板、第２の基
板及び第３の基板）を備えている。第２の基板は、第１
の基板に対向する表面に、インクを収容するインク室
と、インクを吐出するノズルと、インク室に連通するイ
ンク供給室を有する。第２の基板はまた、第３の基板に
対向する表面に共通電極を有する。第２の基板と第３の
基板との間には絶縁層が設けてあり、この絶縁層には、
インク室に対応する部分を切除して絶縁空間が形成され
ている。第３の基板には、絶縁空間に対向する部分に個
別電極が設けてある。

【０００３】このインクジェットヘッドを用いた印刷
時、個別電極と共通電極との間に電圧（印字信号）を印
加する。これにより、個別電極と共通電極との間に静電
力が生じて、インク室の底部を構成している部分（ダイ
ヤフラム）が第３の基板に向けて変形し、インク供給室
からインク室にインクが吸引される。次に、電圧を解除
すると変形部分が元の状態に復帰し、このときインク室
のインクが加圧されてノズルより吐出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなインクジェ
ットヘッドでは、共通電極と個別電極との接触を防止す
るために、これらの電極の少なくともいずれか一方を、
酸化珪素等の金属酸化物からなる絶縁膜で被覆してい
る。しかし、インクジェットヘッドの耐久期間中に、ダ
イヤフラムが相当回数変形し、その変形の度にストレス
を受ける。そのために、インクジェットヘッドに期待さ
れる耐久性（約１×１０⁹から１×１０¹⁰回以上のイン
ク吐出能力）に至るまでに絶縁膜が破壊し、これにより
共通電極と個別電極がショートし、これらの電極と電気
的に接続された駆動回路を損傷するという問題がある。
また、金属酸化物からなる絶縁膜が湿気により劣化し、
これによりインクジェットヘッドの寿命が短くなるとい
う別の問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題を解消
するためになされたもので、インクジェットヘッドを、
インクを収容するためのインク室を有する部材と、イン
ク室に通じるノズルと、インク室に隣接して設けた薄肉
の第１の板と、インク室の反対側で第１の板に空間を隔
てて対向する第２の板と、第２の板に対向する第１の板
の表面に設けた第１の電極と、第１の板に対向する第２
の板の表面に設けた第２の電極と、第１の電極と第２の
電極との間に電界を形成することにより第１の板を変形
し、これによりインク室のインクを加圧してノズルから
吐出する駆動部とで構成し、第１の板又は第２の板の略
中央部分では、第１の電極又は第２の電極の一部を除去
して無電極部を形成したことを特徴とする。

【０００６】本発明の他の実施形態では、第１の電極の
一部又は第２の電極の一部が除かれている部分には、対
応する第１の電極又は第２の電極と略同一の厚さ又はこ
れよりも僅かに大きな厚さのアイランド部が形成されて
いる。また、本発明の別の実施形態では、第１の板が第
１の電極を兼用し、第２の板が第２の電極を兼用してい
る。

【０００７】

【発明の効果】このように構成した本発明のインクジェ
ットヘッドでは、第１の板又は第２の板の略中央部分が
除かれて無電極部としてあるので、第１の電極と第２の
電極との接触が防止できる。したがって、絶縁膜が不要
なだけでなく、この絶縁膜の劣化によりインクジェット
ヘッドの寿命が制限されることはない。また、酸化珪素
等の金属酸化物からなる絶縁膜で電極を保護する必要が
ないので、この絶縁膜の劣化によりインクジェットヘッ
ドの寿命が短くなるという問題もない。

【０００８】また、アイランド部を形成した形態では、
第１の板の変形量が一定するので、一定した大きさのイ
ンクを吐出できるという利点がある。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の好適な実
施の形態を説明する。図１と図２に示すように、本発明
のインクジェットヘッド１０は、第１の基板１２、第２
の基板１４及び、第３の基板１６を積層して構成されて
いる。

【００１０】第１の基板１２は、例えばガラスからな
る。第２の基板１４は例えばシリコンからなり、第１の
基板１２と対向する面１８には、図３に示すように、例
えばエッチングにより、インク２０（図２参照）を収容
する複数のインク室２２と、各インク室２２を大気に連
通する複数のノズル２４と、各インク室２２に補給する
インク２０を収容したインク供給室２６と、各インク室
２０をインク供給室２６に連通する複数のインク補給路
２８が形成されている。

【００１１】第３の基板１６に対向する第２の基板１４
の面３０には、例えばエッチングにより、インク室２２
に対向する部分にそれぞれ窪み３２が形成されている。
各窪み３２には例えばスパッタリングにより導電性金属
薄膜の電極層（共通電極３４）が設けてある。この共通
電極３４の厚さは窪み３２の深さよりも小さくしてあ
り、これにより共通電極３４上に空気絶縁層３６が形成
されている。各共通電極３４は互い接続されて接地され
ている。

【００１２】以上のようにして形成されたインク室２２
の底壁（ダイヤフラム３８）の厚さは、後に説明するよ
うに、静電力により容易に変形できる厚さとしてある。

【００１３】第３の基板１６はガラスからなり、各イン
ク室２２に対向する領域に導電性金属薄膜の電極層（個
別電極４０）が設けてある。これらの個別電極４０は、
例えば、基板１６の対応する表面にエッチング等で窪み
４２を形成した後、この窪み４２に導電性金属を例えば
スパッタリングして形成される。窪み４２と個別電極４
０はそれぞれ第３の基板１６の一辺に向かって延長され
て、個別電極４０の延長部が電気接続部４４としてあ
る。各電気接続部４４は駆動部４６に接続され、この駆
動部４６から各電気接続部４４を介して各個別電極４０
に印字信号４８が印加できるようにしてある。

【００１４】個別電極４０は、その略中央部が略楕円形
に切除されて無電極部５０が形成されている。無電極部
５０は、後述するようにしてダイヤフラム３８が第３の
基板１６に向けて変位したときに、共通電極３４が個別
電極４０に接触するのを防止できる大きさと形状を有し
ていればよく、インク室２２の形状等に応じて適宜決定
される。

【００１５】これら３つの基板１２、１４及び１６の接
合は特定の接合方法に限るものでない。しかし、共通電
極３４と個別電極４０との間の距離を例えば約５μｍに
設定する必要から、陽極接合を用いるのが好ましい。

【００１６】このように構成されたインクジェットヘッ
ド１０は、駆動部４６から個別電極４０に印字信号４８
を印加すると、この個別電極４０とこれに対向する共通
電極３４との間に電界が形成されて両者の間に静電力が
作用する。その結果、共通電極３４とダイヤフラム３８
が個別電極４０に吸引されて変位する。しかし、個別電
極４０の略中央部は切除されて無電極部５０としてある
ので、変位した共通電極３４は個別電極４０に接触する
ことがない。一方、ダイヤフラム３８の変位により、イ
ンク室２２には負圧が生じ、これによりインク補給路２
８を介してインク供給室２６からインク室２２にインク
２０が補給される。

【００１７】次に、印字信号４８をオフすると個別電極
４０と共通電極３４との間に作用していた静電力が無く
なり、ダイヤフラム３８はそれ自身の弾性回復力により
変位前の位置に復帰する。これにより、インク室２２の
インク２０が加圧され、ノズル２４からインク滴が吐出
する。

【００１８】以上に説明した実施形態では、個別電極４
０の略中央部を切除して無電極部５０を形成し、これに
より共通電極３４と個別電極４０との接触を防止した
が、共通電極３４と個別電極４０との接触を防止する手
段はこれに限るものでない。

【００１９】例えば、図５は接触防止手段の他の実施形
態を示し、そこでは、無電極部に対応する場所にアイラ
ンド部５２が形成してあり、このアイランド部５２はダ
イヤフラム３８に向かって個別電極４０の表面から僅か
に突出している。この実施形態では、ダイヤフラム３８
と共に変位した共通電極３４はアイランド部５２に接触
して移動が規制され、個別電極４０との接触が防止され
る。また、本実施形態では、ダイヤフラム３８の変位量
が一定するので、毎回安定した大きさのインク滴が吐出
する。

【００２０】アイランド部は、図６に示すように、共通
電極３４側に設けてもよい。この場合、共通電極３４の
略中央部を略楕円形状に切除して無電極部を形成すると
共に、この無電極部に対向するダイヤフラム３８の部分
を第３の基板１６に向けて突出してアイランド部５４を
形成する。なお、これらアイランド部５２、５４の厚さ
（高さ）は、共通電極３４と個別電極４０との接触を防
止できれば、個別電極４０の厚さとほぼ同一であっても
よい。

【００２１】アイランド部は、例えば図７に示すエッチ
ング技術により形成するのが好ましい。ここに示すエッ
チング技術では、まず基板（例えば第３の基板１６にア
イランド部５０を形成する場合は当該基板１６）の表面
にレジストを塗布する。次に、アイランド部に対応する
開口を有するフォトマスクでレジストを覆い、紫外線を
照射してマスクパターン（アイランドパターン）を露光
する。続いて、露光された部分のレジストを除去し、ア
イランド部に対応する残留レジスト層を形成する。その
後、微小粒径（約２μｍ）のＳｉＣ粒子を吹き付けて、
残留レジスト層に覆われた部分を除く部分を研磨し、こ
れによりアイランド部を形成する。次に、残留レジスト
層を含む基板表面に電極を蒸着する。最後に、残留レジ
スト層と、この残留レジスト層上の電極部分を除去す
る。

【００２２】以上説明した本発明のインクジェットヘッ
ドは種々改良可能である。例えば、第１の実施形態では
個別電極に無電極部を設けたが、共通電極に無電極部を
設けてもよい。

【００２３】また、以上の実施形態では個別電極の無電
極部は楕円形状としたが、これに限るものでなく、個別
電極がコ字形又はロ字形となるように無電極部を形成し
てもよいし、楕円形状やロ字状の電極の一部を切り欠い
た形状としてもよい。

【００２４】さらに、図８に示すように、個別電極４０
（及び/又は共通電極３４）は保護膜５６（例えば、約
厚さ２μｍ）で覆ってもよい。この保護膜５６は、撥水
性の高いフッ素を含むＳｉＦＨで作るのが好ましい。保
護膜はまた、例えば公知のスパッタリングにより形成す
るのが好ましい。保護膜はさらに、電極上だけでなく、
基板全体を覆ってもよい。

【００２５】さらにまた、以上の実施形態では第２の基
板１４にノズル２４を形成したが、図９に示すように、
第１の基板１２にノズル６０を形成してもよい。

【００２６】３つの基板１２，１４及び１６の材質は上
述のものに限らず、シリコン、ガラス、セラミックス、
金属、樹脂、感光材などのいずれであってもよい。

【００２７】また、以上の実施形態では第２の基板１４
にダイヤフラムを一体的に形成したが、このダイヤフラ
ムは別部材で構成してもよい。この場合、第２の基板の
インク室は上下の面を貫通して形成し、第３の基板に対
向する面にダイヤフラムを貼り付ける。

【００２８】さらに、以上の実施形態では、第２の基板
１４には、インク室の反対側に窪み３２を形成し、これ
により共通電極３４と個別電極４０との間に空気絶縁層
３６を設けたが、共通電極３４と個別電極４０との間に
空気絶縁層を形成する方法はこれに限るものでない。例
えば、第２の基板１４に対向する第３の基板１６の表面
にはインク室２２に対向する部分に窪み３４と略同等の
深さの窪みを形成し、これにより共通電極と個別電極と
の間に空気絶縁層を形成してもよい。その他、第２と第
３の基板１４，１６の間に別部材のスペーサを設け、こ
れにより共通電極と個別電極との間に空気絶縁層を形成
してもよい。

【００２９】さらにまた、以上の実施形態では、第２の
基板に共通電極、第３の基板に個別電極を設けたが、こ
れと反対に、第２の基板に個別電極、第３の基板に共通
電極を設けてもよい。

【００３０】そしてまた、以上の実施形態では金属薄膜
により電極層を形成したが、基板の表面にボロンやリン
で元素周期律表の３族又は５族の元素を用いることがで
きるが、この場合はボロンをイオン注入し拡散し、この
ボロン拡散層を電極層として利用してもよい。また、各
電極は対応する基板に独立して設ける必要はなく、この
基板が導電材料で形成されている場合には、この基板を
電極と兼用できる。

【００３１】図１と図２に示すように無電極部を有する
本発明のインクジェットヘッドと、個別電極を酸化珪素
の保護層で被覆した、無電極部の無い従来のインクジェ
ットヘッドとを用いて印字テストを行った。その結果、
本発明のインクジェットヘッドでは、１×１０⁹回イン
クを吐出しても印字画像に変化が無かった。これに対し
て、従来のインクジェットヘッドは、１×１０⁷回のイ
ンク吐出で個別電極と共通電極がショートした。

【００３２】図１０はインクジェットヘッド１０を組み
入れたプリンタ１００の一部を示す。このプリンタ１０
０は、底板１０２と、この底板１０２から略垂直に伸び
て対向する一対の支持壁１０４と、これらの支持壁１０
４を連結する前壁１０６を有する。前壁１０６の外側に
は、プリンタ１００により印字されるシート（紙）Ｓを
収容する給紙トレイ１０８が設けてあり、この給紙トレ
イ１０８に収容されているシートＳが、前壁１０６に形
成されている給紙口（図示せず）を介して、プリンタ１
００の内部に供給されるようにしてある。

【００３３】前壁１０６の内側では、一対の支持壁１０
４に、前壁１０６と平行に上段ガイドレール１１２とそ
の下方に配置された下段ガイドレール１１４が支持され
ている。これらガイドレール１１２と１１４には、イン
クカートリッジ１１６が移動可能に支持されている。イ
ンクカートリッジ１１６をガイドレール１１２と１１４
に沿って往復移動させる走査機構１１８は、それぞれの
支持壁１０４の近傍で前壁１０６の内側に支持された一
対のプーリ１２０と、これらのプーリ１２０に巻回され
たベルト１２２と、いずれか一方のプーリ１２０を正逆
回転させるモータ（図示せず）とからなり、ベルト１２
２の一部にインクカートリッジ１１１１６が連結されて
いる。

【００３４】インクカートリッジ１１６は、本実施形態
では、その下面に上述したインクジェットヘッド１０を
一個又は複数個備えている。インクカートリッジ１１６
の下方には、インクジェットヘッド１０と間隔を置いて
シートガイド１２４が設けてある。このシートガイド１
２４の前壁１０６側には、この前壁１０６の給紙口を通
じてプリンタ１００の内部に送り込まれたシートＳを矢
印１２６方向（搬送方向）に搬送する給紙ローラ１２８
が、給紙方向と直交する方向に配置されており、対向す
る支持壁１０４に回転自在に支持されている。また、給
紙方向に関してインクカートリッジ１１６の下流側に
は、シートガイド１２４に対してシートＳを押し付ける
押圧ローラ１３０が給紙方向と直交する方向に配置され
ている。

【００３５】給紙ローラ１２８は、その軸１３２に固定
したギヤ１３４と、このギヤ１３４の近傍で支持壁１０
４に回転自在に支持されたギヤ１３６を介して、モータ
１３８に駆動連結されており、このモータ１３８の回転
に基づいて給紙ローラ１２８が回転してシートＳを矢印
１２６方向に搬送するようにしてある。

【００３６】このように構成されたプリンタ１００によ
る印字時、給紙トレイ１０８から送り出されたシートＳ
は前壁１０６の給紙口を通じてプリンタ１００の内部に
送り込まれる。次に、シートＳは、モータ１３８の駆動
に基づいて回転する給紙ローラ１２８により、シートガ
イド１２４に沿って矢印１２６方向に搬送される。ま
た、シートガイド１２４上を移動するシートＳは押圧ロ
ーラ１３０によりシートガイド１２４に押し付けられ、
これによりシートＳとインクヘッドヘッド１０との間隔
が一定に保たれる。

【００３７】シートＳの移動に同期して、インクカート
リッジ１１６は、ベルト１２２の回転によりガイドレー
ル１１２と１１４に沿って往復移動し、シートガイド１
２４上を移動するシートＳの部分に対して、インクジェ
ットヘッド１０からインクを吐出して印字する。印字さ
れたシートＳは図示しない排紙トレイ上に排出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態に係るインクジェットヘッド
の拡大分解斜視図。

【図２】 図１に示すインクジェットヘッドの拡大断面
図。

【図３】 図１に示すインクジェットヘッドに用いた第
２の基板の拡大部分平面図。

【図４】 図１に示すインクジェットヘッドに用いた個
別電極の拡大部分平面図。

【図５】 個別電極の無電極部にアイランド部を設けた
インクジェットヘッドの断面図。

【図６】 共通電極の無電極部にアイランド部を設けた
インクジェットヘッドの断面図。

【図７】 基板にアイランド部を形成するエッチング技
術の工程を示す図。

【図８】 個別電極を酸化膜で保護したインクジェット
ヘッドの断面図。

【図９】 第１の基板にノズルを形成したインクジェッ
トヘッドの断面図。

【図１０】 本発明のインクジェットヘッドを組み入れ
たプリンタの部分斜視図。

【符号の説明】

１０…インクジェットヘッド、１２…第１の基板、１４
…第２の基板、１６…第３の基板、２０…インク、２２
…インク室、２４…ノズル、３４…共通電極、３６…空
気絶縁層、３８…ダイヤフラム、４０…個別電極、４６
…駆動部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容するためのインク室を有す
   る部材と、インク室に通じるノズルと、インク室に隣接
   して設けた薄肉の第１の板と、インク室の反対側で第１
   の板に空間を隔てて対向する第２の板と、第２の板に対
   向する第１の板の表面に設けた第１の電極と、第１の板
   に対向する第２の板の表面に設けた第２の電極と、第１
   の電極と第２の電極との間に電界を形成することにより
   第１の板を変形し、これによりインク室のインクを加圧
   してノズルから吐出する駆動部とからなり、第１の板又
   は第２の板の略中央部分では、第１の電極又は第２の電
   極の一部を除去して無電極部が形成されていることを特
   徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 第１の電極の一部又は第２の電極の一部
   が除かれている部分には、対応する第１の電極又は第２
   の電極と略同一の厚さ又はこれよりも僅かに大きな厚さ
   のアイランド部が形成されている請求項１のインクジェ
   ットヘッド。
3. 【請求項３】 上記第１の板が上記第１の電極を兼用し
   ていることを特徴とする請求項１又は２のインクジェッ
   トヘッド。
4. 【請求項４】 上記第２の板が上記第２の電極を兼用し
   ていることを特徴とする請求項１から３のいずれかのイ
   ンクジェットヘッド。