(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通インク室と、個別インク室と、この個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記個別インク室にインクを供給するための単一流路部と複数の分流路部とを備えたインク供給口部を有し、前記個別インク室の容積変動により前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
＿前記単一流路部が深い溝部で構成され、
前記複数の分流路部が浅い溝部で構成されるとともに、前記共通インク室から個別インク室に向かって、断面積が漸次減少しており、
前記分流路部には、前記深い溝部から前記浅い溝部に向かって２段形状である柱状部が配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
対向電極の間に電圧を印加することにより発生する静電気力によって、前記個別インク室に容積変動を発生させて、前記インクノズルからインク液滴を吐出させることを特徴とする静電駆動式のインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１において、
インク供給口部は第一の基板にＩＣＰプラズマエッチングによる異方性エッチングによって溝加工された後、個別インク室、共通インク室を加工した第二の基板と接合して形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク液滴を記録媒体上に吐出して印刷を行うインクジェットヘッド、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１０−１１９２７０号公報には、圧電式の圧力発生手段を備えたインクジェットヘッドが開示されている。
【０００３】
このインクジェットヘッドは、２枚の金属板を接着層を介して貼合わせた母材にインク供給口をプレス加工によって形成したインク供給口形成基板と、共通インク室を形成したリザーバ形成基板と、インクノズルを形成したノズル基板とを接着剤層を介して積層した流路ユニットと、圧電振動板および個別インク室を備えたアクチュエータユニットとを熱溶着フィルムを介して接合して構成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成されたインクジェットヘッドは、インクジェット式記録ヘッドに適したインク供給口の製造方法が開示されている。
【０００５】
しかし、その構造上、供給口の断面積が一定となるように設計されていることから、吐出効率をさらに向上した小型の流路を設計するには限界があり、インクジェットヘッドを小型化できないという課題がある。
【０００６】
本発明は、この点に鑑みて、個別インク室と共通インク室を連通しているインク供給口部の構造を工夫することにより、応答速度が速く、吐出効率が高く、しかも印字品質の良い小型のインクジェットヘッドを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
共通インク室と、個別インク室と、この個別インク室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記個別インク室にインクを供給するための単一流路部分と複数の分流路部分とを備えたインク供給口部を有し、前記個別インク室の容積変動により前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記インク供給口部の複数の分流路部分は、前記共通インク室から個別インク室に向かって、断面積が漸次減少していることを特徴としている。
【０００８】
上記構成により、インクジェットヘッドのノズルからインク液滴を吐出する際には、共通インク室へのインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後には共通インク室から個別インク室へのインク供給を速やかに行えるようになり、インクの吐出効率に優れた、小型のインクジェットヘッドを実現することが可能となる。
【０００９】
また、インク供給口部は第一の基板にＩＣＰプラズマエッチングによる異方性エッチングによって溝加工された後、個別インク室を加工した第二の基板と接合して形成することを特徴としている。上記構成により、精度及び加工効率を向上させることが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１１】
図１は本例のインクジェットヘッドの断面図である。本例のインクジェットヘッドは３枚のノズル基板１、キャビティ基板２、電極基板３を順に積層した３層構造をしている。
【００１２】
中間のキャビティ基板２は、例えばシリコン基板であり、その表面に一端から平行に等しい間隔で形成された複数本の、底壁が薄肉で、面外方向（図において上下方向）に弾性変位可能な振動板４として機能する個別インク室５と、１つの共通インク室６とがエッチングによって形成されている。また、キャビティ基板２の上面には共通電極７が形成されている。
【００１３】
キャビティ基板２の上側に接合されるノズル基板１は、キャビティ基板２と同様に例えばシリコン基板であり、個別インク室５の上面部分には各個別インク室に対応してノズル孔８が個別インク室５の先端部付近に形成されており、各ノズル孔８は対応する個別インク室５に連通している。また、個別インク室５と共通インク室６の中間部分の上面には、共通インク室６を各個別インク室５に連通させているインク供給口部９としての溝がＩＣＰプラズマエッチングによる異方性エッチングによって形成されている。
【００１４】
キャビティ基板２の下側に接合される電極基板３は、例えばホウ珪酸ガラスからなり、その上面には各振動板４に対峙する位置に、浅くエッチングされた凹部１０が形成されている。この凹部１０の底面には、振動板４に対峙する個別電極１１が形成されている。また、インク取入れ口１２が設けられており、キャビティ基板２を接合したときに、共通インク室６の下側にくるように配置されている。インクは外部のインクタンク（図示せず）からインク供給チューブ（図示せず）を介してインク取入れ口１２に供給され、共通インク室６、インク供給口部９、個別インク室５を満たしている。
【００１５】
上記３枚の基板を順に接合し、電極基板３に設けた凹部１０を樹脂などの封止材１３を用いて外気から気密封止してインクジェットヘッドの形状が出来上がる。
【００１６】
各個別電極１１の端部は電極端子１４となっており、この電極端子１４と共通電極７に、ドライバＩＣが搭載されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）ケーブル（図示せず）が接続される。
【００１７】
個別電極１１と振動板４の間隔は１μｍ以下の寸法に保持されており、ドライバＩＣから各電極端子１４と共通電極７との間に駆動電圧パルスを印加することによって、振動板４が静電気力によって個別電極１１の方へ弾性変形して撓み、個別電極１１の表面に当接する。この時、個別インク室５の容積が増加するため、インクが共通インク室６からインク供給口部９を通って個別インク室５に流入する。
【００１８】
次に、駆動電圧パルスをオフすることによって静電気力が解除され、振動板４はそのバネ力によって元の位置に戻る。この復元動作によって個別インク室５の容積が急激に減少し、それに伴って個別インク室５内の内圧が急激に上昇し、個別インク室内の一部のインクがノズル孔８から図１の上方へ向けてインク液滴（図示せず）として吐出される。さらに振動板４がバネ力の反動で再び個別電極１１側に撓むことによって、再びインクが共通インク室６からインク供給口部９を通って個別インク室５に供給される。
【００１９】
図２は、本発明のインクジェットヘッドのインク供給口部９が形成されている部分を部分的に拡大した上面図であり、図３は図２のｓ−ｓ線で切断した部分断面図である。
【００２０】
図３に示すように、キャビティ基板２に形成された個別インク室５と共通インク室６の間は台形断面形状の仕切り壁部２０によって仕切られている。この仕切り壁部２０は上面２０ａが平行四辺形形状をしており、その両側のエッジ２０ｂ、２０ｃから個別インク室５、および共通インク室６に向かって傾斜している傾斜面２０ｄ、２０ｅを備えている。
【００２１】
ノズル基板１には、台形断面形状の仕切り壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａに面した部分に、平行四辺形形状に浅くエッチングされた溝部２１が形成されており、この溝部分２１と仕切り壁部２０の上面２０ａの間にインク供給口部９が形成されている。
【００２２】
このインク供給口部９における個別インク室５側の縁２２は、仕切り壁部２０のエッジ２０ｂよりも個別インク室５の側にせり出した位置にある。従って、この縁２２と仕切り壁部２０のエッジ２０ｂとにより区画される連通部２３を介して、インク供給口部９は個別インク室５に連通している。
【００２３】
このインク供給口部９における共通インク室６の側は、共通インク室６の形状に対応した形状となるように形成された溝部２４に連続している。従って、インク供給口部９は、仕切り壁部２０のエッジ２０ｃと溝部２４の底面（浅くエッチングされた溝部２１）とにより区画されている連通部２５を介して、共通インク室６に連通している。
【００２４】
ここで、インク供給口部９における両側の連通部２３、２５を繋ぐ連通路２６の途中位置には、略三角形断面の柱状突起２７が、インク流れ方向に直行する方向に、三角形底辺が個別インク室側に向くように等間隔で３個形成されている。これらの柱状突起２７は、ノズル基板１に溝部２１を形成する時に島状に残したものである。
【００２５】
インクタンク（図示せず）からインク供給チューブ（図示せず）を介してインク取入れ口（図示せず）、共通インク室６に供給されたインクは、エッジ２０ｃの側に形成された連通部２５を通ってインク供給口部９に供給される。インク供給口部９に入ったインクは、浅くエッチングされた溝部２１と、台形断面形状の仕切り壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第１の単一流路部を通り、図２において矢印で示すように、柱状突起２７の部分で４つの流路に分割された分流路部を通って分流となり、再び、浅くエッチングされた溝部２１と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第２の単一流路部に入って単一流となり、エッジ２０ｂの側に形成された連通部２３を通って個別インク室５に供給される。
【００２６】
ここで、柱状突起２７の断面形状を略三角形とし、底辺が個別インク室５側を向くように配置することによって、断面積が共通インク室６側から個別インク室５に向けて漸次狭まる形状としている。このような形状とすることで、ノズル孔８からインク液滴を吐出する際に、ディフューザー効果による４つの分流路部の圧力損失拡大によって、共通インク室６へのインクの逆流を抑制することができる。また、インク液滴吐出後は共通インク室６から個別インク室５へのインク供給において、リデューサ効果によるインク流れ方向の圧力低下によって流れに無理がなくなり、さらに柱状突起断面形状の三角形頂点が共通インク室側を向いていることから、柱状突起の壁面による流路抵抗を小さくすることが可能になり、共通インク室６から個別インク室５へのインク供給を速やかに行えるようになる。
【００２７】
その結果、ノズル孔８からのインクの吐出効率を高めることが可能となる。また、４つの分流路部の断面積が共通インク室６側から個別インク室５に向けて同一形状の場合とインクの吐出特性を同じに設計するならば、個別インク室５、インク供給口部９、共通インク室６などの形状を小さくすることが出来、インクジェットヘッドを小型化することが可能となる。
【００２８】
このインク供給口部９では、柱状突起２７により４つの分流路部の断面積が小さくなっている部分は音響抵抗の増加に寄与する部分であり、それ以外の単一流路部分はインク通路断面積が大きいので、イナータンスの増加に寄与する部分である。
【００２９】
この構成のインク供給口部９を備えたインクジェットヘッドにおいて実験を行ったところ、柱状突起２７の大きさ、間隔、三角形形状等を適切に設計することにより、インクジェットヘッドの応答速度を速め、しかも、良好な印字品質を確保するために必要なインク吐出スピードを確保できることが確認できた。
【００３０】
図４、図５に、インク供給口部の第２の実施例を示す。図４はインク供給口部９を部分的に拡大した上面図であり、図５は図４のｓ−ｓ線で切断した部分断面図である。
【００３１】
図５に示すように、上記第１の実施例と同様に、キャビティ基板２に形成された個別インク室５と共通インク室６の間は台形断面形状の仕切り壁部２０によって仕切られている。この仕切り壁部２０は上面２０ａが平行四辺形形状をしており、その両側のエッジ２０ｂ、２０ｃから個別インク室５、および共通インク室６に向かって傾斜している傾斜面２０ｄ、２０ｅを備えている。
【００３２】
ノズル基板１には、台形断面形状の仕切り壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａに面した部分にインク供給口部９が形成されており、平行四辺形形状に深くエッチングされた溝部３０、３１と、浅くエッチングされた溝部３２と、浅くエッチングされた溝部３２の途中位置に設けられた、断面が略三角形状をした柱状突起３４で構成されている。さらに、柱状突起３４配置された流路の両側の側壁部も、柱状突起３４と同様に断面が略三角形状の突部３３が形成されている。この柱状突起３４はインク流れ方向に直行する方向に等間隔で５個配列されており、ノズル基板１の浅くエッチングされた溝部３２をエッチングする工程において、柱として残したものである。
【００３３】
インクタンク（図示せず）からインク供給チューブ（図示せず）を介してインク取入れ口（図示せず）、共通インク室６に供給されたインクは、エッジ２０ｃの側に形成された連通部３５を通ってインク供給口部９に供給される。
【００３４】
インク供給口部９に入ったインクは、深くエッチングされた溝部３０と、台形断面形状の仕切り壁部２０の平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第１の単一流路部、浅くエッチングされた溝部３２と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第２の単一流路部を通り、図４において矢印で示すように、柱状突起３４の部分で６つの流路に分割された分流路部を通って分流となる。
【００３５】
その後、再び浅くエッチングされた溝部３２と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第３の単一流路部に入って単一流となり、深くエッチングされた溝部３１と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第４の単一流路部を通り、エッジ２０ｂの側に形成された連通部３６を通って個別インク室５に供給される。
【００３６】
この構成のインク供給口部９は６つの分流路部の断面の対角線長さがノズル孔８の直径よりも小さくなるように設計しており、インク供給チューブ、インク取入れ口、共通インク室６などインク供給口部９より手前側から流れてきた異物が、インク供給口部９の分流路部を通過してノズル孔８に詰まり印字不良となるのを防止するため、柱状突起３４の近傍でトラップ出来る構造としている。
【００３７】
ここで、柱状突起３４の断面形状を略三角形とし、底辺が個別インク室５側を向くように配置することによって、６つの分流路部の断面積が共通インク室６側から個別インク室５に向けて漸次狭まる形状としている。
【００３８】
このような形状とすることで、上述の第一の実施例と同様に、ノズル孔８からインク液滴を吐出する際に、ディフューザー効果によって共通インク室６へのインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後は共通インク室６から個別インク室５へのインク供給において、リデューサ効果および柱状突起断面形状から柱状突起壁面による流路抵抗を小さくすることが可能になり、共通インク室６から個別インク室５へのインク供給を速やかに行えるようになる。
【００３９】
その結果、ノズル孔８からのインクの吐出効率を高めることが可能となり、さらに、インクの吐出性能を従来と同じに設計するならば、インクジェットヘッドの小型化も可能となる。
【００４０】
このインク供給口部９では、柱状突起３４によりインク通路断面積が小さくなっている部分、浅くエッチングされた溝部３２と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第２の単一流路部、および第３の単一流路部は音響抵抗の増加に寄与する部分であり、それ以外の深くエッチングされた溝部３０、３１と、平行四辺形形状をした上面２０ａの一部で構成される第１の単一流路部、および第４の単一流路部はインク通路断面積が大きいので、イナータンスの増加に寄与する部分である。
【００４１】
この構成のインク供給口部９を備えたインクジェットヘッドにおいて実験を行ったところ、柱状突起３４の大きさ、間隔、三角形形状、および深くエッチングされた溝部３０、３１、浅くエッチングされた溝部３２の長さ、深さ等を適切に設計することにより、インクジェットヘッドの応答速度を速め、しかも、良好な印字品質を確保するために必要なインク吐出スピードを確保できることが確認できた。
【００４２】
上述の各例は、柱状突起の断面形状を三角形形状としたが、長辺を個別インク室側に向けて配置した台形形状としても同様の効果が得られる。
【００４３】
上述の各例は、インク液滴を基板上面に設けたノズル孔から吐出させるフェイスイジェクトタイプを示したが、基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジイジェクトタイプでも適用可能である。
【００４４】
また、上述の各例は静電駆動式のインクジェットヘッドに関するものであるが、圧電式のインクジェットヘッドにも適用可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドでは、共通インク室と個別インク室を連通しているインク供給口部に、単一流路部分と、断面積が共通インク室側から個別インク室に向けて漸次狭まる複数本の分流路部分とを形成している。このように構成することによって、インクジェットヘッドのノズル孔からインク液滴を吐出する際には、共通インク室６へのインクの逆流を抑制し、インク液滴吐出後には共通インク室６から個別インク室５へのインク供給を速やかに行えるようになり、インクの吐出効率に優れた、応答速度が速く、しかも印字品質の良い小型のインクジェットヘッドを実現することができる。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給口部を説明するための部分上面図である。
【図３】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給口部を説明するための第１の部分断面図である。
【図４】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給口部の第２の実施例を説明するための部分上面図である。
【図５】図１に示すインクジェットヘッドのインク供給口部の第２の実施例を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
１  ノズル基板
２  キャビティ基板
３  電極基板
４  振動板
５  個別インク室
６  共通インク室
７  共通電極
８  ノズル孔
９  インク供給口部
１０  凹部
１１  個別電極
１２  インク取入れ口
１３  封止材
１４  電極端子
２０  仕切り壁部
２０ａ  仕切り壁部の上面
２０ｂ、２０ｃ  仕切り壁部のエッジ
２０ｄ、２０ｅ  仕切り壁部の傾斜面
２１、３２  浅い溝部
２２  縁
２３、２５、３５、３６  連通部
２４  溝部
２６  連通路
２７、３４  柱状突起
３０、３１  深い溝部
３３  突部
【図１】
0004061953.tif 000002
【図２】
0004061953.tif 000003
【図３】
0004061953.tif 000004
【図４】
0004061953.tif 000005
【図５】
0004061953.tif 000006