JPH02297445A - インクジェットプリンタのインク吐出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインクジェットプリンタのインク吐出装置に関
し、特に、インク室およびオリフィスの微細化により記
録の高密度化を図るインクジエ・ソトプリンタのインク
吐出装置に関するものである。

［従来の技術］ インクジェットプリンタは、高速記録が可能でしかも普
通紙に特別な定着処理をせずに記録できるため、有力な
記録装置として活用されている。

インクジ２エツトプリンタの記録画像の画質を向上する
ためには、記録の高密度化が要求される。

記録密度を高めるための重要な要素として、まず第１に
記録のドツト形状が小さいことが要求される。また、記
録のドツト形状が小さくなると、所望の記録速度を得る
ために、インクを突出するノズル自体の高集積化が容易
でなければならない。

記録の高専密度化を図るための従来のインクジェットプ
リンタのインク吐出装置として、第５図〜第７図に示す
ようなものがある。

第５図に示す従来のインク吐出装置は、圧電セラミクス
からなりノズル１が形成された圧電アクチュエータ２を
その本体とする。圧電アクチュエータ２は、接合層３で
重ね合わせた上下の圧電体ブロック２ａ、２．ｂからな
り、ノズル１は接合層３の上下にまたがって、横に複数
個並んで形成されている。インク室１の内壁には、第６
図に示すように薄膜の電極４が形成されている。また、
下の圧電体ブロック２ｂの後部上面には、薄膜電極パタ
ーン４が形成され、その上に圧電アクチュエータの駆動
用ＩＣ５がボンディングされている。

このように形成された従来のインク吐出装置の動作につ
いて、以下に説明する。圧電アクチュエータ２の駆動は
、第６図に示す圧電ぜん断モードを利用したものである
。同図を参照して、矢印Ａ方向に分極した圧電体６の左
右側壁７，８間に電圧を印加すると、図に２点鎖線で示
すモードの変形が生じる。圧電アクチュエータ２のイン
ク室］においては、電極間に電圧が印加されることによ
って、この圧電せん断モードによる変形が第７図に示す
ように接合層３の上下対称に生じる。その結果インク室
１の側壁がくの字状に変形し、第７図の中央のインク室
１ａのように側壁が内側に変形したインク室１からイン
クが押出されることになる。押出されるインクは、圧電
アクチュエータ２の前端面を覆うオリフィスプレート（
図示せず）に形成された、各インク室］に対応するオリ
フィスを通って外部に吐出される。このような動作が、
記録信号に応じて駆動回路５によって各インク室１にお
いて選択的に起こり、インク室１の出口に対向する記録
紙（図示せず）上に記録画像が形成される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来のインク吐出装置には次のよう
な問題がある。

圧電体ブロック２ａ、２ｂにインク室］を形成する方法
として、ダイシングソーによる切削加工、エレクトロフ
ォーミングによる金属膜形成、レーザ加工、ウェットエ
ツチングなどがある。しかしながら、これらのいずれの
加工方法を用いても、加工精度と量産性の点から見て、
３０ミクロン程度の幅の溝加工が実用上の限界である。

したがってインク吐出装置に適用した場合、記録密度と
しては４００ｄｐｉ　　（ｄｏｔｓ　　ｐｅｒ　　１ｎ
ｃｈ）が限度であり、良好な画質を得ることができない
。

また、インク室の側壁に電極を形成し、それにパルス電
圧を印加してクーロン力によってインク室の体積を収縮
させ、インクを吐出させるという考え方は従来から存在
した。この方法は、圧電素子を用いることなくしかも比
較、的低いエネルギで応答性良く駆動できるというメリ
ットがある。しかし、クーロン力を適用して所定の記録
密度を得るためには、極めて細長い断面形状でかつ微細
なインク室を形成することが要求されるため、従来の加
工方法では実現が困難であるという問題がある。

本発明は上記従来の問題点を解消するため、クーロン力
を適用しかつ高い記録密度を得るための微細構造を有す
るインクジェットプリンタのインク吐出装置を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のインクジェットプリンタのインク吐出装置は、
共に（１１１）結晶面の方向に左右両側の側壁を有する
インク室およびオリフィスを設はたシリコン単結晶のブ
ロックからなるものである。

インク室には、その左右両側壁にそれぞれ薄膜電極が形
成されている。

また本発明のインクジェットプリンタのインク吐出装置
には、シリコン単結晶のブロックのいずれかの端面に、
インク室の駆動を制御するための駆動回路を直接形成し
たものが含まれる。

［作用］ 本発明によれば、シリコン単結晶のブロックの（１１１
）結晶面方向に側壁を有するようにインク室およびオリ
フィスを設けた構成とすることにより、インク室および
オリフィスの形成にいわゆる異方性エツチングを適用す
ることができる。すなわち、シリコン単結晶の（１１１
／）結晶面方向のエツチング速度が他の結晶面方向の数
１０倍以上であることを利用して、（１１１）結晶面方
向に深くかつ微細な溝加工を施すことによってインク室
およびオリフィスが形成される。その結果、インク室側
壁に形成した薄膜電極にパルス電圧を印加したときのク
ーロン力によって、インクを吐出するに必要な結晶室の
収縮が生じる程度の、深く細長い断面形状のインク室の
加工が可能になる。

また、シリコン単結晶のブロックにインク室およびオリ
フィスを形成するため、ブロックそのものの端面に、イ
ンク室の駆動を制御する駆動回路を直接形成することが
可能となる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例について、第１図〜第４図に基づ
いて説明する。

本実施例のインク吐出装置の本体は、第１図に示すよう
になっている。同図を参照して、シリコン単結晶のウェ
ハを直方体に切出したシリコンブロック１１に複数のイ
ンク室１２とオリフィス１３が並列に形成されている。

シリコンブロック１１は、その上端面１．１　ａが（１
１０）結晶面、インク室１２の側壁に平行な側面１　ｌ
　ｂが（１，：１．：ｌ−）結晶面となるように、（１
１，０）ウェハから切出したものを用いる。このように
シリコンブロック１１の結晶方位を選ぶのは、インク室
１２およびオリフィス１３を形成するための溝加工を、
シリコンの結晶方位によるエツチング特性の相違を利用
したいわゆる異方性エツチングによって行なうためであ
る。すなわち、（１１１）結晶面方向のエツチング速度
が、（１１０）面方向のエツチング速度に比べて数１０
倍も速いことを利用するものである。インク室１２およ
びオリフィス１３の溝加工は、インク室１２およびオリ
フィス１３の溝加工は、その水平断面形状に対応したマ
スクをシリコンブロック１１の上端面１　］、　ａ上に
形成し、ウェットエツチングなどによって行なうことが
できる。

このような異方性エツチングを用いることにより、幅１
０ミクロン、深さ１００ミクロン、ピッチ４０ミクロン
程度の溝加工が可能である。これにより、オリフィスの
集積度を６００ｄｐ　ｉ程度まで高めることができる。

インク室１２の側壁と、上端面１１ａ上の隣り合うイン
ク室１２間には、第２図にその断面を示すように、厚さ
数ミクロンメータの薄膜電極１４が蒸着によって形成さ
れている。インク室１２の左右両側壁の薄膜電極１４間
に、第２図のような曲成で電圧を印加すると、薄膜電極
１４間にＣ方向のクーロン力か働き、側壁が変形してそ
の断面積か小さくなる。その結果インク室１２内のイン
クが押し出され、オリフィス１３から吐出される。この
電圧印加を記録信号に対応して行なわせることにより、
所望の記録画像が得られることになる。

本実施例のインク吐出装置の記録方式では、その記録に
必要なエネルギは、従来の圧電体を用いた方式に比べて
大幅に低減される。具体的には、従来方式の記録エネル
ギが１Ｏ−５Ｊｏｕｌｅ／ｄｏｔ以上必要であるのに対
し、本実施例では、１０”−８〜１０−’　Ｊｏｕｌｅ
／ｄｏｔ程度である。

本実施例においては、記録信号を受けて各インク室１２
の駆動を制御する駆動回路１５が、シリコンブロック１
１の上端面１１ａに直接形成されている。このように駆
動回路１５を直接形成できるのは、インク室１２および
オリフィス１３を有するインク吐出装置のアクチュエー
タ部をシリコンの結晶体で形成したことによるものであ
る。その結果、従来のように駆動回路ＩＣをボンディン
グする必要もなくなり、コンパクト化およびアクチュエ
ータ部のユニット化を図ることができる。

本実施例のインク吐出装置は、その使用状態においては
、第３図に示すようにシリンダブロック１１の上端面］
　］−ａをカバープレート］６で密着して覆われている
。またオリフィス１３が開口する前面の一部をマスクプ
レート１７で覆い、オリフィスの下方部分のみが開口し
て適切な大きさのインク滴を吐出できるようになってい
る。

本実施例のインク吐出装置をインクジェットプリンタに
組込んだ状態では、その概略を第４図に示すように配置
されている。同図を参照して、まずインクカートリッジ
１８からインクフィルタ１９を介してインク室内にイン
ク２０が供給される。

信号端子２１に記録信号が入力されると、それに応じて
駆動回路１５か動作し、記録信号に対応してインク室１
２が駆動される。その結果オリフィス１３から吐出した
インク滴がプラテン２２に沿って走行する記録紙２３上
に付着し、記録画像が形成される。

なお、本実施例において駆動回路１５はシリコンブロッ
ク１１の上端面１１ａに設けたが、必要に応じ側面等の
他の端面に形成することも可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、シリコン単結晶から
なるブロックの（１１１）結晶面方向に側壁を有するイ
ンク室およびオリフィスを設けた構成とすることにより
、インク室およびオリフィスの形成に異方性エツチング
による微細加工を適用することができる。これにより、
インク室の側壁に形成した薄膜電極間にパルス電圧を印
加して、クーロン力によりインク室を収縮させてインク
を吐出させる方式を、インクジェットプリンタのインク
吐出装置として適用することが可能となる。

したがって比較的低いエネルギで応答性良くインク吐出
制御ができるとともに、高密度かつ高速な記録が実現さ
れる。

また、シリコン単結晶からなるブロックのいずれかの端
面に、インク室の駆動を制御するための駆動回路を直接
形成することにより、従来のようにアクチュエータ部に
駆動回路ＩＣを別途ボンディングする必要もなくなる。

その結果、コンパクト化が図れるとともに、高集積化が
容易となり、記録の高密度化に伴なう画質の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるインクジェットプリ
ンタのインク吐出装置の構造を示す斜視図、第２図は第
１図のＢ−Ｂ断面図、第３図は同装置の使用状態での斜
視図、第４図は同装置をインクジェットプリンタに組込
んだ場合の概略構成を示す図である。 第５図は従来のインクジェットプリンタのインク吐出装
置の一例を示す斜視図、第６図および第７図は同装置の
動作原理を説明するための要部拡大断面図である。 図において、１１はシリコンブロック、１２はインク室
、１３はオリフィス、１４は薄膜電極、１５は駆動回路
である。 ＝　１３−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）共に（１１１）結晶面の方向に左右両側の側壁を
   有するインク室およびオリフィスを設けたシリコン単結
   晶のブロックからなり、 前記インク室の左右両側の側壁にそれぞれ薄膜電極を形
   成したこと を特徴とするインクジェットプリンタのインク吐出装置
   。
2. （２）前記ブロックのいずれかの端面に、前記薄膜電極
   にパルス電圧を印加して前記インク室の駆動を制御する
   駆動回路を直接形成したことを特徴とする請求項１記載
   のインクジェットプリンタのインク吐出装置。